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Heterostructured Interface Enables Uniform Zinc Deposition for High-Performance Zinc-Ion Batteries
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-05-28 , DOI: 10.1002/smll.202302995 Zhenjing Jiang 1 , Kuibo Yin 1 , Rui Pan 1 , Guoju Zhang 1 , Fuhan Cui 1 , Kailin Luo 1 , Yuwei Xiong 1 , Litao Sun 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-05-28 , DOI: 10.1002/smll.202302995 Zhenjing Jiang 1 , Kuibo Yin 1 , Rui Pan 1 , Guoju Zhang 1 , Fuhan Cui 1 , Kailin Luo 1 , Yuwei Xiong 1 , Litao Sun 1
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Zinc metal has considerable potential as a high-energy anode material for aqueous batteries due to its high theoretical capacity and environmental friendliness. However, dendrite growth and parasitic reactions at the electrode/electrolyte interface remain two serious problems for the Zn metal anode. Here, the heterostructured interface of ZnO rod array and CuZn5 layer is fabricated on the Zn substrate (ZnCu@Zn) to address these two issues. The zincophilic CuZn5 layer with abundant nucleation sites ensures the initial uniform Zn nucleation process during cycling. Meanwhile, the ZnO rod array grown on the surface of the CuZn5 layer can guide the subsequent homogeneous Zn deposition via spatial confinement and electrostatic attraction effects, leading to the dendrite-free Zn electrodeposition process. Consequently, the derived ZnCu@Zn anode exhibits an ultra-long lifespan of up to 2500 h with symmetric cells at the current density and capacity of 0.5 mA cm−2/0.5 mA h cm−2. Besides, a remarkable cyclability (75% retention for 2500 cycles at 2 A g−1) is achieved in the ZnCu@Zn||MnO2 full cell with a capacity of 139.7 mA h g−1. This heterostructured interface with specific functional layers provides a feasible strategy for the design of high-performance metal anodes.
中文翻译：
异质结构界面可实现高性能锌离子电池的均匀锌沉积
金属锌由于其高理论容量和环境友好性，作为水系电池的高能负极材料具有巨大的潜力。然而，枝晶生长和电极/电解质界面的寄生反应仍然是锌金属负极的两个严重问题。在这里，ZnO 棒阵列和 CuZn 5层的异质结构界面被制作在 Zn 基底上 (ZnCu@Zn) 以解决这两个问题。具有丰富成核位点的亲锌CuZn 5层确保了循环过程中初始均匀的Zn成核过程。同时，在CuZn 5层表面生长的ZnO棒阵列可以通过空间限制和静电吸引效应引导随后的均匀Zn沉积，从而实现无枝晶的Zn电沉积过程。因此，所衍生的ZnCu@Zn阳极在对称电池的电流密度和容量为0.5 mA cm -2 /0.5 mA h cm -2的情况下表现出长达2500小时的超长寿命。此外，ZnCu@Zn||MnO 2全电池具有显着的循环性能（在2 A g -1下2500次循环仍保持75% ），容量为139.7 mAh g -1。这种具有特定功能层的异质结构界面为高性能金属阳极的设计提供了可行的策略。
更新日期：2023-05-28
中文翻译：
异质结构界面可实现高性能锌离子电池的均匀锌沉积
金属锌由于其高理论容量和环境友好性，作为水系电池的高能负极材料具有巨大的潜力。然而，枝晶生长和电极/电解质界面的寄生反应仍然是锌金属负极的两个严重问题。在这里，ZnO 棒阵列和 CuZn 5层的异质结构界面被制作在 Zn 基底上 (ZnCu@Zn) 以解决这两个问题。具有丰富成核位点的亲锌CuZn 5层确保了循环过程中初始均匀的Zn成核过程。同时，在CuZn 5层表面生长的ZnO棒阵列可以通过空间限制和静电吸引效应引导随后的均匀Zn沉积，从而实现无枝晶的Zn电沉积过程。因此，所衍生的ZnCu@Zn阳极在对称电池的电流密度和容量为0.5 mA cm -2 /0.5 mA h cm -2的情况下表现出长达2500小时的超长寿命。此外，ZnCu@Zn||MnO 2全电池具有显着的循环性能（在2 A g -1下2500次循环仍保持75% ），容量为139.7 mAh g -1。这种具有特定功能层的异质结构界面为高性能金属阳极的设计提供了可行的策略。
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