Flexible Ti3C2Tx/Nanocellulose Hybrid Film as a Stable Zn-free Anode for Aqueous Hybrid Zn–Li Batteries

材料科学 纳米纤维素 化学工程 过电位 阳极 水溶液 混合材料 电解质 电化学 电偶阳极 电极 纳米技术 冶金 阴极保护 有机化学 纤维素 化学 物理化学 工程类
作者
Hao Chen,Minfeng Chen,Weijun Zhou,Xiang Han,Bo Liu,Wenqing Zhang,Jizhang Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (5): 6876-6884 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.1c23402
摘要

Aqueous zinc-based batteries are a very promising technology in the post-lithium era. However, excess zinc metals are often used, which results in not only making a waste but also lowering the actual energy density. Herein, a Ti3C2Tx/nanocellulose (derived from soybean stalks) hybrid film is prepared by a facile solution casting method and employed as the zinc-free anode for aqueous hybrid Zn-Li batteries. Benefiting from the ultra-low diameter and rich hydroxyl groups of nanocellulose, the hybrid film exhibits better mechanical properties, superior electrolyte wettability, and more importantly, significantly improved zinc plating/stripping reversibility compared to the pure Ti3C2Tx film. The hybrid film also dramatically overwhelms the stainless steel as the electrode for reversible zinc deposition. Further analysis shows that the hybrid film can lower the zinc deposition overpotential and promote the desolvation process of hydrated Zn2+ ions. In addition, it is found that hexagonal Zn thin flakes are horizontally deposited onto the hybrid film owing to the low lattice mismatch between the Ti3C2Tx surface and the (002) facet of Zn. Consequently, zinc dendritic growth and accompanied harmful side reactions can be considerably inhibited by the hybrid film, and the assembled Zn-Li hybrid batteries exhibit excellent electrochemical performances. This work might inspire future work on zinc-based batteries.
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