高性能水性Zn-イオン電池のための堅牢な有機無機ハイブリッド間期のZnアノードの表面修飾

この作業は、ZnフォイルをMahepe溶液で単純にコーティングすることにより、Znアノード上の堅牢な有機無機ハイブリッド間期層を製造するための容易な方法を報告しています

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

樹木を吸収して安定性の金属アノードのZn2+フラックスを調節するために、Znにハイブリッド有機無機層が構築されました。

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.

水系におけるZn金属アノードの電気化学性能は、不安定なSEIおよび非効率的なイオン輸送によって誘発される樹状突起の形成と副反応によって大きく影響されます。本明細書では、Zn2+フラックスを調節し、電気化学反応経路を最適化するための戦略を提案します。効率的で安定したZnメッキ/剥離を実現するために、単純なドクターブレード法を介してZnにハイブリッド有機無機層を構築することで提案されます。柔軟な有機層は、ZnとH2Oの直接的な接触を抑制する障壁として機能し、それにより彼女とZN腐食を最小限に抑えます。さらに、この層は均一な核形成とZn2+フラックスを誘導し、均一なZnメッキを促進します。サイクリング後、有機層は分解してZn2+と反応してZn3（PO4）2ナノ結晶を形成し、Zn2+の移動をさらに促進し、最適な電気化学パフォーマンスを維持します。その結果、ZNアノードは、ZNSO4電解質の5 Ma cm -2および50°Cで2000サイクルで低核生成、高クーロン効率、安定したサイクリング性能を備えた優れた電気化学パフォーマンスを示します。さらに、組み立てられたZn // MNO2フルバッテリーは、0°Cと0.5 A G -1で優れたサイクリング安定性を示し、150サイクルで80％の容量保持を達成します。最後に、Zn // I2バッテリーは、60°Cと1 A G -1で優れたサイクリングパフォーマンスを表示し、容量保持は100サイクルで92.9％です。この研究は、高エネルギーおよび高出力水性電池および電気化学デバイスのための高度な金属アノードの設計に関する貴重な洞察を提供します。