Modification de surface des anodes Zn avec une interphase hybride organique-inorganique robuste pour les batteries aqueuses Zn-ion à haute performance

Ce travail rapporte une méthode facile pour fabriquer une couche interphase hybride organique inorganique robuste sur les anodes Zn en enroguant simplement le papier Zn avec une solution mahepe

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

Une couche hybride organique-inorganique a été construite sur Zn pour moduler le flux Zn2 + pour les anodes métalliques sans dendrite et à stabilité élevée.

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.

Les performances électrochimiques des anodes métalliques Zn dans les systèmes aqueuses sont grandement affectées par la formation de dendrites et de réactions secondaires induites par le SEI instable et le transport ionique inefficace. Ici, une stratégie de modulation de flux Zn2 + et d'optimisation de la voie de réaction électrochimique est proposée en construisant une couche hybride organique-inorganique sur Zn via une méthode de la lame de docteur simple pour obtenir un placage / décapage Zn efficace et stable. La couche organique flexible sert de barrière pour supprimer le contact direct entre Zn et H2O, minimisant ainsi sa corrosion et la corrosion de Zn. De plus, cette couche induit une nucléation homogène et un flux Zn2 +, favorisant un placage Zn uniforme. Après le vélo, la couche organique se décompose et réagit avec Zn2 + pour former des nanocristaux Zn3 (PO4) 2, qui facilitent en outre la migration Zn2 ​​+ et maintiennent des performances électrochimiques optimales. En conséquence, l'anode Zn présente des performances électrochimiques exceptionnelles avec une faible nucléation de nucléation, une efficacité coulombique élevée et des performances de cyclisme stables sur 2000 cycles à 5 mA cm - 2 et 50 ° C dans l'électrolyte ZNSO4. De plus, les batteries complètes Zn // MNO2 assemblées présentent une excellente stabilité de cyclisme à 0 ° C et 0,5 A G - 1, atteignant une rétention de capacité de 80% sur 150 cycles. Enfin, les batteries Zn // I2 affichent d'excellentes performances de cyclisme à 60 ° C et 1 A G - 1, avec une rétention de capacité de 92,9% sur 100 cycles. Cette étude fournit des informations précieuses sur la conception des anodes métalliques avancées pour les batteries aqueuses à haute énergie et haute puissance et les dispositifs électrochimiques.