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Ion-Sieving Separator Functionalized by Natural Mineral Coating toward Ultrastable Zn Metal Anodes
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-09-05 , DOI: 10.1021/acsnano.4c09678 Shenwen Liu 1 , Qizhen Han 1 , Chaowei He 1 , Zuojie Xu 1 , Pengfei Huang 1 , Lucheng Cai 1 , Hengquan Chen 2 , Haonan Zheng 1 , Yijing Zhou 1 , Mengya Wang 1 , Huajun Tian 3 , Wei-Qiang Han 1 , Hangjun Ying 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-09-05 , DOI: 10.1021/acsnano.4c09678 Shenwen Liu 1 , Qizhen Han 1 , Chaowei He 1 , Zuojie Xu 1 , Pengfei Huang 1 , Lucheng Cai 1 , Hengquan Chen 2 , Haonan Zheng 1 , Yijing Zhou 1 , Mengya Wang 1 , Huajun Tian 3 , Wei-Qiang Han 1 , Hangjun Ying 1
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Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) exhibit promising prospects in becoming large-scale energy storage systems due to environmental friendliness, high security, and low cost. However, the growth of Zn dendrites and side reactions remain heady obstacles for the practical application of AZIBs. To solve these challenges, a functionalized Janus separator is successfully constructed by coating halloysite nanotubes (HNTs) on glass fiber (GF). Impressively, the different electronegativity on the inner and outer surfaces of HNTs endows the HNT-GF separator with ion-sieving property, leading to a significantly high transference number of Zn2+ (tZn2+ = 0.71). Meanwhile, the HNT-GF separator works as an interfacial ion comb to regular Zn2+ flux and realizes multisite progressive nucleation, bringing decreased nucleation overpotential and uniform Zn2+ deposition. Consequently, the HNT-GF separator enables the Zn anode to display an ultralong plating/stripping life of 3000 h and high rate tolerance with a stable long cycle life even under a density of 50 mA cm–2. Moreover, the full cell represents an ultrastable cycling stability with a high capacity retention of 93.4% even after 1000 cycles at a current density of 2 A g–1. This work provides a convenient method for the separator modification of AZIBs.
中文翻译：
通过天然矿物涂层功能化的离子筛分分离器，用于超稳定的锌金属阳极
水系锌离子电池（AZIB）由于环境友好、安全性高、成本低，在成为大规模储能系统方面展现出广阔的前景。然而，锌枝晶的生长和副反应仍然是AZIBs实际应用的巨大障碍。为了解决这些挑战，通过在玻璃纤维（GF）上涂覆埃洛石纳米管（HNT）成功构建了功能化的Janus隔膜。令人印象深刻的是，HNT内外表面不同的电负性赋予HNT-GF隔膜离子筛分性能，导致Zn 2+的迁移数显着提高（ t Zn 2+ = 0.71）。同时，HNT-GF分离器作为规则Zn 2+通量的界面离子梳，实现多位点渐进成核，带来降低的成核过电势和均匀的Zn 2+沉积。因此，HNT-GF隔膜使锌阳极能够表现出3000小时的超长电镀/剥离寿命和高速率耐受性，即使在50 mA cm –2的密度下也具有稳定的长循环寿命。此外，
全电池具有超稳定的循环稳定性，即使在 2 A g –1的电流密度下循环 1000 次后，容量保持率仍高达 93.4%。该工作为AZIBs的隔膜修饰提供了一种便捷的方法。
更新日期：2024-09-05
中文翻译：
通过天然矿物涂层功能化的离子筛分分离器，用于超稳定的锌金属阳极
水系锌离子电池（AZIB）由于环境友好、安全性高、成本低，在成为大规模储能系统方面展现出广阔的前景。然而，锌枝晶的生长和副反应仍然是AZIBs实际应用的巨大障碍。为了解决这些挑战，通过在玻璃纤维（GF）上涂覆埃洛石纳米管（HNT）成功构建了功能化的Janus隔膜。令人印象深刻的是，HNT内外表面不同的电负性赋予HNT-GF隔膜离子筛分性能，导致Zn 2+的迁移数显着提高（ t Zn 2+ = 0.71）。同时，HNT-GF分离器作为规则Zn 2+通量的界面离子梳，实现多位点渐进成核，带来降低的成核过电势和均匀的Zn 2+沉积。因此，HNT-GF隔膜使锌阳极能够表现出3000小时的超长电镀/剥离寿命和高速率耐受性，即使在50 mA cm –2的密度下也具有稳定的长循环寿命。此外，
全电池具有超稳定的循环稳定性，即使在 2 A g –1的电流密度下循环 1000 次后，容量保持率仍高达 93.4%。该工作为AZIBs的隔膜修饰提供了一种便捷的方法。
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