Reconstructing interfacial manganese deposition for durable aqueous zinc–manganese batteries

石英晶体微天平 材料科学 水溶液 电解质 化学工程 溶解 阴极 沉积(地质) 无机化学 电极 冶金 化学 吸附 有机化学 古生物学 物理化学 工程类 生物 沉积物
作者
Yida Hu,Zhexuan Liu,Lanyan Li,Shan Guo,Xuefang Xie,Zhigao Luo,Guozhao Fang,Shuquan Liang
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:10 (10) 被引量:59
标识
DOI:10.1093/nsr/nwad220
摘要

Abstract Low-cost, high-safety, and broad-prospect aqueous zinc−manganese batteries (ZMBs) are limited by complex interfacial reactions. The solid−liquid interfacial state of the cathode dominates the Mn dissolution/deposition process of aqueous ZMBs, especially the important influence on the mass and charge transfer behavior of Zn2+ and Mn2+. We proposed a quasi-eutectic electrolyte (QEE) that would stabilize the reversible behavior of interfacial deposition and favorable interfacial reaction kinetic of manganese-based cathodes in a long cycle process by optimizing mass and charge transfer. We emphasize that the initial interfacial reaction energy barrier is not the main factor affecting cycling performance, and the good reaction kinetics induced by interfacial deposition during the cycling process is more conducive to the stable cycling of the battery, which has been confirmed by theoretical analysis, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring, depth etching X-ray photon-electron spectroscopy, etc. As a result, the QEE electrolyte maintained a stable specific capacity of 250 mAh g−1 at 0.5 A g−1 after 350 cycles in zinc−manganese batteries. The energy density retention rate of the ZMB with QEE increased by 174% compared to that of conventional aqueous electrolyte. Furthermore, the multi-stacked soft-pack battery with a cathodic mass load of 54.4 mg maintained a stable specific capacity of 200 mAh g−1 for 100 cycles, demonstrating its commercial potential. This work proves the feasibility of adapting lean-water QEE to the stable aqueous ZMBs.
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