Drei-dimensionale Zn-basierte Legierungen für dendritenfreie wässrige Zn-Batterien in dual-kationischen Elektrolyten

Wässrige Zink-Ionen-Batterien haben aufgrund ihrer Integration in Bezug auf hohe Sicherheit, Umweltunbedenklichkeit und niedrige Kosten viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, um elektronische Geräte und Speichersysteme mit Energie zu versorgen. Allerdings behindern Probleme mit der Stabilität der Grenzfläche am Zn-Anoden, verursacht durch nachteilige Nebenreaktionen wie Dendritenwachstum, Wasserstoffentwicklung und Metallkorrosion an der festen (Anode)/flüssigen (Elektrolyt) Grenzfläche, ihre praktischen Anwendungen in Bereichen, die eine langfristige Leistungsbeständigkeit erfordern. Trotz des raschen Fortschritts beim Unterdrücken der Nebenreaktionen an der Materialgrenze ist der Mechanismus der Ionenlagerung und Dendritenbildung in praktischen wässrigen Zink-Ionen-Batterien mit dual-kationischen wässrigen Elektrolyten noch unklar. Hier entwerfen wir ein Grenzflächenmaterial, das aus einem waldähnlichen drei-dimensionalen Zink-Kupfer-Legierung mit bearbeiteten Oberflächen besteht, um den Zn-Plattierungs/-Strip-Modus in dual-kationischen Elektrolyten zu erforschen. Die drei-dimensionale nanostrukturierte Oberfläche der Zink-Kupfer-Legierung hat sich als vorteilhaft erwiesen, um die Reaktionskinetik der Zn-Plattierungs/-Strip-Prozesse effektiv zu regulieren. Die entwickelten Grenzflächenmaterialien unterdrücken das Dendritenwachstum auf der Anodenoberfläche zugunsten von leistungsstarken, beständigen wässrigen Zink-Ionen-Batterien in den wässrigen Elektrolyten mit einzelnen und dualen Kationen. Diese Arbeit verbessert das grundlegende Verständnis der dual-kationischen Interkalationschemie in wässrigen elektrochemischen Systemen erheblich und bietet einen Leitfaden zur Erkundung leistungsstarker wässriger Zink-Ionen-Batterien und darüber hinaus.