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Hierarchical Confinement Effect with Zincophilic and Spatial Traps Stabilized Zn-Based Aqueous Battery
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-05-04 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01235 Hongpeng Li 1, 2 , Can Guo 3 , Tengsheng Zhang 1 , Pan Xue 4 , Ruizheng Zhao 1 , Wanhai Zhou 1 , Wei Li 1 , Ahmed Elzatahry 5 , Dongyuan Zhao 1 , Dongliang Chao 1
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2022-05-04 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01235 Hongpeng Li 1, 2 , Can Guo 3 , Tengsheng Zhang 1 , Pan Xue 4 , Ruizheng Zhao 1 , Wanhai Zhou 1 , Wei Li 1 , Ahmed Elzatahry 5 , Dongyuan Zhao 1 , Dongliang Chao 1
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Zn-based aqueous batteries (ZABs) have been regarded as promising candidates for safe and large-scale energy storage in the “post-Li” era. However, kinetics and stability problems of Zn capture cannot be concomitantly regulated, especially at high rates and loadings. Herein, a hierarchical confinement strategy is proposed to design zincophilic and spatial traps through a host of porous Co-embedded carbon cages (denoted as CoCC). The zincophilic Co sites act as preferred nucleation sites with low nucleation barriers (within 0.5 mA h cm–2), and the carbon cage can further spatially confine Zn deposition (within 5.0 mA h cm–2). Theoretical simulations and in situ/ex situ structural observations reveal the hierarchical spatial confinement by the elaborated all-in-one network (within 12 mA h cm–2). Consequently, the elaborate strategy enables a dendrite-free behavior with excellent kinetics (low overpotential of ca. 65 mV at a high rate of 20 mA cm–2) and stable cycle life (over 800 cycles), pushing forward the next-generation high-performance ZABs.
中文翻译：
具有亲锌和空间陷阱稳定锌基水电池的分级限制效应
锌基水系电池（ZABs）被认为是“后锂”时代安全和大规模储能的有希望的候选者。然而，不能同时调节 Zn 捕获的动力学和稳定性问题，特别是在高速率和负载下。在此，提出了一种分层限制策略，通过大量多孔共嵌入碳笼（表示为 CoCC）设计亲锌和空间陷阱。亲锌 Co 位点作为具有低成核势垒（在 0.5 mAh cm –2内）的首选成核位点，并且碳笼可以进一步在空间上限制 Zn 沉积（在 5.0 mAh cm –2内）。理论模拟和原位/非原位结构观察揭示了精心设计的一体化网络（在 12 mA h cm -2内）的分层空间限制。因此，精心设计的策略实现了具有优异动力学（在 20 mA cm -2的高速率下低过电势约为 65 mV ）和稳定的循环寿命（超过 800 次循环）的无枝晶行为，推动了下一代高-性能 ZAB。
更新日期：2022-05-04
中文翻译：
具有亲锌和空间陷阱稳定锌基水电池的分级限制效应
锌基水系电池（ZABs）被认为是“后锂”时代安全和大规模储能的有希望的候选者。然而，不能同时调节 Zn 捕获的动力学和稳定性问题，特别是在高速率和负载下。在此，提出了一种分层限制策略，通过大量多孔共嵌入碳笼（表示为 CoCC）设计亲锌和空间陷阱。亲锌 Co 位点作为具有低成核势垒（在 0.5 mAh cm –2内）的首选成核位点，并且碳笼可以进一步在空间上限制 Zn 沉积（在 5.0 mAh cm –2内）。理论模拟和原位/非原位结构观察揭示了精心设计的一体化网络（在 12 mA h cm -2内）的分层空间限制。因此，精心设计的策略实现了具有优异动力学（在 20 mA cm -2的高速率下低过电势约为 65 mV ）和稳定的循环寿命（超过 800 次循环）的无枝晶行为，推动了下一代高-性能 ZAB。
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