先進的な水系Zn-Ion電池のためのZn金属表面化学の詳細な研究

An In-Depth Study of Zn Metal Surface Chemistry for Advanced Aqueous Zn-Ion Batteries.

• Junnan Hao
• Bo Li
• Xiaolong Li
• Xiaohui Zeng
• Shilin Zhang
• Fuhua Yang
• Sailin Liu
• Dan Li
• Chao Wu
• Zaiping Guo

抄録

Ｚｎ金属は、水系電池の負極として最も有望視されてきたが、軟質電解液中での重大な副反応やデンドライト成長に悩まされている。自然発生的なZnの腐食と水素の発生は、Znベースの電池の保存寿命とカレンダーの寿命に損傷を与え、その産業用途に深刻な影響を与えます。ここでは、Znの可逆性を高めるために、気相固化戦略によって、堅牢で均質なZnS間相がZn表面にその場で構築されています。ZnS膜の厚さは処理温度を介して制御され、保護されたZn電極の性能が最適化されています。350℃で得られた緻密なZnS人工層は、Zn表面に物理的なバリアを形成することでZnの腐食を抑制するだけでなく、人工層の下にZnメッキ/ストリッピングを誘導することでデンドライトの成長を抑制します。したがって、副反応のないデンドライトのないZn電極を開発し、2500サイクル後の容量保持率87.6%のMnO/ZnS@Znフルセルでもその効果を実証しました。

Although Zn metal has been regarded as the most promising anode for aqueous batteries, it persistently suffers from serious side reactions and dendrite growth in mild electrolyte. Spontaneous Zn corrosion and hydrogen evolution damage the shelf life and calendar life of Zn-based batteries, severely affecting their industrial applications. Herein, a robust and homogeneous ZnS interphase is built in situ on the Zn surface by a vapor-solid strategy to enhance Zn reversibility. The thickness of the ZnS film is controlled via the treatment temperature, and the performance of the protected Zn electrode is optimized. The dense ZnS artificial layer obtained at 350 °C not only suppresses Zn corrosion by forming a physical barrier on the Zn surface, but also inhibits dendrite growth via guiding the Zn plating/stripping underneath the artificial layer. Accordingly, a side reaction-free and dendrite-free Zn electrode is developed, the effectiveness of which is also convincing in a MnO /ZnS@Zn full-cell with 87.6% capacity retention after 2500 cycles.

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