Conception de structure de solvatation pour des batteries métalliques Zn aqueuses

Les batteries Zn aqueuses sont des dispositifs de stockage d'énergie prometteurs pour le stockage d'énergie à grande échelle en raison de leur faible coût et de leur haute densité énergétique. Cependant, leur durée de vie est limitée par la décomposition de l'eau et la croissance des dendrites de Zn. Ici, nous supprimons la réduction de l'eau et la croissance des dendrites de Zn dans un électrolyte aqueux dilué en ajoutant du diméthyl sulfoxyde (DMSO) dans ZnCl2-H2O, dans lequel le DMSO remplace l'H2O dans la gaine de solvatation de Zn2+ en raison d'un nombre de donneurs de Gutmann plus élevé (29,8) du DMSO que celui (18) de l'H2O. La solvatation préférentielle du DMSO avec Zn2+ et la forte interaction H2O-DMSO inhibent la décomposition de l'H2O solvataché. De plus, la décomposition du DMSO solvataché forme Zn12(SO4)3Cl3(OH)15·5H2O, ZnSO3 et une interface électrolytique solide enrichie en ZnS (SEI) empêchant la croissance des dendrites de Zn et supprimant davantage la décomposition de l'eau. L'électrolyte ZnCl2-H2O-DMSO permet aux anodes Zn dans une demi-cellule Zn||Ti d'atteindre une efficacité coulombique moyenne élevée de 99,5 % pendant 400 cycles (400 h), et la cellule complète Zn||MnO2 avec un faible rapport de capacité de Zn:MnO2 à 2:1 pour délivrer une haute densité d'énergie de 212 Wh/kg (basé sur l'anode et la cathode) et maintient 95,3 % de la capacité sur 500 cycles à 8 C.