当前位置:
X-MOL 学术
›
Energy Environ. Sci.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Superhydrophobic and robust hetero-metal-polymer hybrid interphase enables deep-cycling zinc metal anodes
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-11-05 , DOI: 10.1039/d4ee04122d Mengyu Liu, Wentao Yuan, Xinghan Qu, Xianghao Ru, Xiaotong Li, Tingxuan Wang, Xinke Wang, Yuanyuan Wang, Yongchang Liu, Ning Zhang
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-11-05 , DOI: 10.1039/d4ee04122d Mengyu Liu, Wentao Yuan, Xinghan Qu, Xianghao Ru, Xiaotong Li, Tingxuan Wang, Xinke Wang, Yuanyuan Wang, Yongchang Liu, Ning Zhang
Realizing stable zinc (Zn) metal anodes under deep cycling conditions is a prerequisite for practical rechargeable Zn batteries, but it remains a significant challenge due to severe water erosion and dendrite growth on Zn. Herein, a robust hetero-metal-polymer hybrid interphase composed of Pb nanoparticles embedded on the polyvinylidene difluoride (PVDF) matrix is integrated on the Zn anode in situ by a one-step chemical displacement reaction to tackle these dilemmas. This concept can be readily extended to construct Bi-PVDF and Sn-PVDF hybrid interphases on Zn. Unlike the commonly developed hydrophilic and thick metal-based interphases, the superhydrophobic, thin, and seamless Pb-PVDF interphase, as a model example, can prevent water access to the Zn surface and exhibit an ultralow H2 evolution reaction potential, thus avoiding water-induced side reactions. Moreover, the flexible Pb-PVDF hybrid interphase with strong zincophilicity enables the dendrite-free and epitaxial Zn deposition. Consequently, the Pb-PVDF@Zn electrode manifests an ultralong lifespan over 8100 h (0.5 mA h cm−2 at 1 mA cm−2) and unprecedented deep cycling stability under 85.3% depth-of-discharge over 800 h (10 mA h cm−2 at 20 mA cm−2), which is a 160-fold elongation of lifespan compared with that of a bare Zn electrode. Moreover, Pb-PVDF@Zn assures the stable operation of full Zn batteries with conventional V/Mn-oxide cathodes using both coin and pouch configurations.
中文翻译:
超疏水和稳健的异质金属-聚合物混合界面可实现深度循环锌金属阳极
在深度循环条件下实现稳定的锌 (Zn) 金属负极是实用可充电 Zn 电池的先决条件,但由于严重的水蚀和 Zn 上的枝晶生长,这仍然是一个重大挑战。在此,由嵌入聚偏二氟乙烯 (PVDF) 基体上的 Pb 纳米颗粒组成的稳健的异金属-聚合物杂化界面原位集成在 Zn 阳极上通过一步化学置换反应来解决这些困境。这个概念可以很容易地扩展到在 Zn 上构建 Bi-PVDF 和 Sn-PVDF 杂化界面。与通常开发的亲水性和厚金属基界面不同,超疏水性、薄而无缝的 Pb-PVDF 界面作为模型示例,可以防止水进入 Zn 表面并表现出超低的 H2 析出反应电位,从而避免了水诱导的副反应。此外,具有强亲锌性的柔性 Pb-PVDF 杂化界面可实现无枝晶和外延 Zn 沉积。因此,Pb-PVDF@Zn 电极在 8100 小时内表现出超长的使用寿命(在 1 mA cm-2 时为 0.5 mA h cm-2),并在 800 小时内在 85.3% 放电深度下具有前所未有的深度循环稳定性(在 20 mA cm-2 时为 10 mA h cm-2),与裸锌电极相比,使用寿命延长了 160 倍。此外,Pb-PVDF@Zn 确保了使用硬币和软包配置的传统 V/Mn 氧化物阴极的全锌电池的稳定运行。
更新日期:2024-11-05
中文翻译:
超疏水和稳健的异质金属-聚合物混合界面可实现深度循环锌金属阳极
在深度循环条件下实现稳定的锌 (Zn) 金属负极是实用可充电 Zn 电池的先决条件,但由于严重的水蚀和 Zn 上的枝晶生长,这仍然是一个重大挑战。在此,由嵌入聚偏二氟乙烯 (PVDF) 基体上的 Pb 纳米颗粒组成的稳健的异金属-聚合物杂化界面原位集成在 Zn 阳极上通过一步化学置换反应来解决这些困境。这个概念可以很容易地扩展到在 Zn 上构建 Bi-PVDF 和 Sn-PVDF 杂化界面。与通常开发的亲水性和厚金属基界面不同,超疏水性、薄而无缝的 Pb-PVDF 界面作为模型示例,可以防止水进入 Zn 表面并表现出超低的 H2 析出反应电位,从而避免了水诱导的副反应。此外,具有强亲锌性的柔性 Pb-PVDF 杂化界面可实现无枝晶和外延 Zn 沉积。因此,Pb-PVDF@Zn 电极在 8100 小时内表现出超长的使用寿命(在 1 mA cm-2 时为 0.5 mA h cm-2),并在 800 小时内在 85.3% 放电深度下具有前所未有的深度循环稳定性(在 20 mA cm-2 时为 10 mA h cm-2),与裸锌电极相比,使用寿命延长了 160 倍。此外,Pb-PVDF@Zn 确保了使用硬币和软包配置的传统 V/Mn 氧化物阴极的全锌电池的稳定运行。