Interfacial chemistry regulation via dibenzenesulfonamide-functionalized additives enables high-performance Zn metal anodes

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作者
Yuexian Song,Jiao Wang,Xiao-Bin Zhong,Kai Wang,Yaohui Zhang,Hantao Liu,Lixin Zhang,Junfei Liang,Rui Wen
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:58: 85-93 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.03.005
摘要

Zinc metal with high safety and low cost is considered as a promising anode for rechargeable aqueous batteries, yet its application suffers from the serious dendrite formation and spontaneous corrosion. Here, we report a novel additive design principle to boost highly reversible and dendrite-free zinc anode, via introducing Dibenzenesulfonamide (BBI) into typical ZnSO4 electrolyte. Finding confirms that the formed BBI-derivate is preferentially chemisorbed on Zn surface over solvated H2O to protect Zn-electrode against corrosion effect and suppress hydroxide sulfate formation, and simultaneously contributes to desolvation process of Zn(H2O)62+. More encouragingly, a robust organic-inorganic hybrid solid electrolyte interphase on Zn anode with a hydrophobic ability is in-situ constructed due to the decomposition of BBI, which further regulates Zn-anode interfacial chemistry to favor Zn homogeneous deposition effectively. Consequently, the Zn symmetric cells deliver an extended cycling lifespan of 5000 h (0.5 mA cm−2/0.5 mAh cm−2), and ultrahigh cumulative capacity of 10.6 Ah cm−2 at concurrently large current density and high areal capacity (10 mA cm−2/10 mAh cm−2). This study clearly elucidates the multiple interface-mediated behaviors to stabilize Zn anode, which contributes to a deep insight into the additive regulation mechanisms and brings a promising approach to solve the anode nuisance in aqueous metal batteries.
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