광범위한 pH 및 온도 범위에서 실제 Zn 금속 배터리를 위한 적응형 이온화 유도 조절 전기 이중층

수용성 전해질에서 Zn 금속의 격렬한 부작용은 인터페이스에서 급격한 국소 pH 변화를 초래하여 Zn 양극의 파괴를 가속화합니다. 따라서 광범위한 pH 범위를 수용할 수 있는 최적화 전략의 개발은 수용성 Zn 금속 배터리를 개선하는 데 특히 중요합니다. 여기에서 우리는 pH 의존적인 이온화를 가진 글리신(Gly) 첨가제로 조정된 pH 적응형 전기 이중층(EDL)을 보고하며, 이는 광범위한 pH 수용성 전해질에서 Zn 양극을 안정화하는 뛰어난 능력을 보여줍니다. Gly-이온 EDL은 약산성 및 알칼리성 전해질 모두에서 전하 운반체의 유도된 이동을 촉진하여 국소 포화를 성공적으로 억제하는 것으로 밝혀졌습니다. 첨가제 농도가 Zn 전극의 내부 헬름홀츠 평면(IHP) 구조에 미치는 조절 효과가 심층적으로 명확해졌습니다. 중합이 없는 Gly 첨가제가 IHP 내에서 질서 있고 밀접하게 수직적으로 흡착되어 Zn2+의 EDL 반발력을 효과적으로 줄이고 anode 표면에서 H2O를 분리할 수 있음을 보여줍니다. 결과적으로 조절 가능한 EDL을 가진 Zn 양극은 ZnSO4-Gly 전해질로 Zn 대칭 세포에서 7000시간의 뛰어난 주기적 가역성과 KOH-Gly 전해질로 Zn 대칭 세포의 50배 연장된 수명을 포함하여 매우 넓은 pH 및 온도 범위에서 우수한 전기화학적 성능을 발휘합니다. 또한 산성 Zn 분말||MnO2 파우치 셀, 알칼리성 고전압 Zn||Ni0.8Co0.1Mn0.1O2 셀 및 Zn||NiCo-LDH 셀도 우수한 순환 가역성을 제공합니다. 조절 가능한 EDL은 93%의 초고 깊이 방전(DOD)을 가능하게 합니다. 이 연구는 광범위한 pH 및 온도에서 호환되는 전해질 첨가제 설계를 설명하며, 이는 Zn 양극의 실제 다중 응용 시나리오에 영감을 줄 수 있습니다.