Selective Masking of Active Sites in Zinc Metal via Galvanic Replacement Reaction for Highly Reversible Ah-level Zinc-I2 Batteries.

原电池 遮罩(插图) 掩蔽剂 金属 电偶阳极 化学 材料科学 无机化学 电化学 冶金 电极 阴极保护 物理化学 艺术 视觉艺术
作者
Yifan Fu,Junpeng Li,Mengqi Wu,Junjie Ba,Jin Zhang,Yang Zhao,Yingjin Wei,Kangning Zhao,Yizhan Wang
出处
期刊:PubMed 卷期号:: e202500731-e202500731
标识
DOI:10.1002/anie.202500731
摘要

Zinc metal anodes suffer from severe dendrite formation and corrosion due to active Zn sites. Here, we introduce an ultrathin, hydrophobic copper phosphate (CP) membrane that selectively masks active Zn sites with electrochemically inactive copper through a galvanic replacement reaction (Zn0 + Cu2+ = Cu0 + Zn2+). Copper is deliberately chosen for its higher redox potential (Cu2+/Cu0; +0.34 V vs. SHE), which effectively inhibits both the corrosion reaction (H+/H2; 0 V vs. SHE) and dendrite formation (Zn2+/Zn0; -0.76 V vs. SHE). In this way, CP layer masks protrusions and grain boundaries on the zinc anode surface with inactive copper, blocking corrosion and dendritic growth, while its hydrophobic top layer reduces water activity at the interface. Benefiting from the deactivated anode surface, the resulting CP/Zn anode demonstrates exceptional stability, sustaining over 11,000 plating/stripping cycles at 10 mA cm-2 with an average Coulombic efficiency of 99.98%. Moreover, a CP/Zn||I2 full cell with an N/P ratio of 1.85 achieves an energy density of 187 Wh kg-1electrodes, while a 1.2-Ah pouch cell validates its practical feasibility. Our work highlights the importance of designing suitable surface chemistry to protect the Zn metal anode and indicates promising applications in other metal anodes.
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