Oberflächenmodifikation von Zn-Anoden mit einer robusten organischen hybriden Interphase für leistungsstarke wässrige Zn-Ionen-Batterien

Diese Arbeit meldet eine einfache Methode zur Herstellung einer robusten organischen hybriden Hybrid-Interphasenschicht auf Zn-Anoden, indem die Zn-Folie einfach mit einer Mahepe-Lösung beschichtet wird

A hybrid organic-inorganic layer was constructed on Zn to modulate Zn2+ flux for dendrite-free and high-stability metal anodes.

Auf Zn wurde eine hybride organische in organische Schicht konstruiert, um den Zn2+ -Fluss für dendritfreie und hochstabile Metallanoden zu modulieren.

The electrochemical performance of Zn metal anodes in aqueous systems is greatly affected by the formation of dendrites and side reactions induced by unstable SEI and inefficient ion transport. Herein, a strategy for modulating Zn2+ flux and optimizing the electrochemical reaction pathway is proposed by constructing a hybrid organic-inorganic layer on Zn through a simple doctor blade method to achieve efficient and stable Zn plating/stripping. The flexible organic layer serves as a barrier to suppress the direct contact between Zn and H2O, thereby minimizing HER and Zn corrosion. Moreover, this layer induces homogeneous nucleation and Zn2+ flux, promoting uniform Zn plating. After cycling, the organic layer decomposes and reacts with Zn2+ to form Zn3(PO4)2 nanocrystals, which further facilitate Zn2+ migration and maintain optimal electrochemical performance. As a result, the Zn anode exhibits outstanding electrochemical performance with low nucleation overpotential, high Coulombic efficiency, and stable cycling performance over 2000 cycles at 5 mA cm−2 and 50 °C in ZnSO4 electrolyte. Furthermore, the assembled Zn//MnO2 full batteries exhibit excellent cycling stability at 0 °C and 0.5 A g−1, achieving a capacity retention of 80% over 150 cycles. Finally, the Zn//I2 batteries display excellent cycling performance at 60 °C and 1 A g−1, with a capacity retention of 92.9% over 100 cycles. This study provides valuable insights into the design of advanced metal anodes for high-energy and high-power aqueous batteries and electrochemical devices.

Die elektrochemische Leistung von Zn -Metallanoden in wässrigen Systemen wird durch die Bildung von Dendriten und Seitenreaktionen, die durch instabile SEI und ineffizientes Ionentransport induziert werden, stark beeinflusst. Hierin wird eine Strategie zur Modulation des Zn2+ -Flusses und zur Optimierung des elektrochemischen Reaktionswegs vorgeschlagen, indem eine hybride organische in organische Schicht auf Zn durch eine einfache Arztklingenmethode errichtet wird, um effizientes und stabiles Zn-Anlagen/-streifen zu erreichen. Die flexible organische Schicht dient als Barriere, um den direkten Kontakt zwischen Zn und H2O zu unterdrücken, wodurch sie und Zn -Korrosion minimiert wird. Darüber hinaus induziert diese Schicht homogener Keimbildung und Zn2+ -Fluss, wodurch ein einheitliches Zn -Schicht gefördert wird. Nach dem Radfahren zersetzt und reagiert die organische Schicht mit Zn2+, um Zn3 (PO4) 2 Nanokristalle zu bilden, was die Zn2+ -Migration weiter erleichtert und eine optimale elektrochemische Leistung aufrechterhält. Infolgedessen weist der Zn -Anode eine hervorragende elektrochemische Leistung mit einer überpotentiellen, hohen Coulomb -Effizienz und einer stabilen Zyklus -Leistung über 2000 Zyklen bei 5 mA cm - 2 und 50 ° C in ZnSO4 -Elektrolyt auf. Darüber hinaus weisen die zusammengesetzten Zn // MnO2 -Batterien eine hervorragende Radstabilität bei 0 ° C und 0,5 a G - 1 auf und erzielen eine Kapazitätsretention von 80% über 150 Zyklen. Schließlich weisen die Zn // I2 -Batterien eine hervorragende Radsportleistung bei 60 ° C und 1 G - 1 mit einer Kapazitätsretention von 92,9% über 100 Zyklen auf. Diese Studie liefert wertvolle Einblicke in die Gestaltung fortschrittlicher Metallanoden für energiereiche und hohe Leistung, wässrige Batterien und elektrochemische Geräte.