고성능 수성 Zn-ion 배터리를위한 강력한 유기형 하이브리드 인터페기를 갖는 ZN 양극의 표면 변형

이 연구는 Zn 호일을 Mahepe 솔루션으로 단순히 코팅하여 Zn 양극에 강력한 유기-신기 적 하이브리드 인터페이스 층을 제조하는 용이 ​​한 방법을보고합니다.

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

하이브리드 유기-조직 층은 Zn에 Zn2+ 플럭스를 조절하여 수상 돌기 및 높은 안정성 금속 양극을 조절하기 위해 Zn에 구성되었다.

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.

수성 시스템에서 Zn 금속 양극의 전기 화학적 성능은 불안정한 SEI 및 비효율적 인 이온 수송에 의해 유도 된 수상 돌기 및 부작용에 의해 크게 영향을 받는다. 여기에서, Zn2+ 플럭스를 조절하고 전기 화학적 반응 경로를 최적화하기위한 전략은 효율적이고 안정적인 Zn 도금/스트리핑을 달성하기 위해 간단한 닥터 블레이드 방법을 통해 Zn 상에 하이브리드 유기 조직 층을 구성함으로써 제안된다. 유연한 유기 층은 Zn과 H2O 사이의 직접적인 접촉을 억제하는 장벽으로 작용하여 그녀와 Zn 부식을 최소화합니다. 또한,이 층은 균질 한 핵 생성 및 Zn2+ 플럭스를 유도하여 균일 한 Zn 도금을 촉진한다. 사이클링 후, 유기층은 Zn2+와 반응하여 Zn3 (Po4) 2 나노 결정을 형성하여 Zn2+ 이동을 추가로 촉진하고 최적의 전기 화학적 성능을 유지한다. 결과적으로, Zn 양극은 ZnSO4 전해질에서 5 mA cm -2 및 50 ℃에서 2000 사이클에서 낮은 핵 생성 과도, 높은 쿨롱 효율 및 안정적인 사이클링 성능으로 뛰어난 전기 화학적 성능을 나타낸다. 또한, 조립 된 Zn // MNO2 전체 배터리는 0 ° C 및 0.5 A G -1에서 우수한 사이클링 안정성을 나타내며, 150 사이클에 걸쳐 80%의 용량 유지를 달성합니다. 마지막으로, Zn // i2 배터리는 60 ° C 및 1 A G -1에서 우수한 사이클링 성능을 나타냅니다. 이 연구는 고 에너지 및 고출력 수성 배터리 및 전기 화학 장치를위한 고급 금속 양극의 설계에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.