Zn2⁺-풍부한 킬레이트 층이 양이온 보상 및 음이온 반발을 통해 초고속 아연 음극을 촉진합니다.

초록: 수용성 Zn 이온 배터리는 저렴한 비용, 고유 안전성 및 친환경성 덕분에 차세대 대규모 에너지 저장 시스템에 큰 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 Zn 금속 음극의 가역성은 계면 농도 기울기에 의해 유발되는 심각한 부반응과 수지상 성장으로 제한됩니다. 이를 해결하기 위해 Zn 2+-풍부한 아연 파이테이트(ZP) 킬레이트 층이 인공 고체 전해질 계면(SEI)로 도입되어 이 농도 기울기를 이온 보상을 통해 제거합니다. 이론적 계산 및 실험 결과는 Zn 2+ 이온이 풍부하고 더 많은 Zn 2+를 포착하는 강한 킬레이트 능력을 나타내는 ZP 층이 인터페이스에서 빠르고 동적인 이온 보충을 가능하게 하여 Zn 2+ 수송 동역학을 크게 개선하고 균일한 Zn 2+ 플럭스를 보장함을 보여줍니다. 또한 PO₄ 그룹의 강한 킬레이션은 Zn 2+ 이온의 2D 확산을 제한하여 균일한 Zn 침착을 촉진합니다. 추가로 ZP 층은 음이온을 반발하고 Zn 음극 표면에서 물 분자의 이동을 제한하여 근본적으로 부반응을 억제합니다. 결과적으로 수정된 Zn 음극은 1 mA cm −2 및 1 mAh cm −2에서 약 2400시간 동안 안정적인 Zn 도금/제거를 나타내며 평균 쿨롱 효율은 99.8%입니다. 게다가 조립된 ZP@Zn//VO 2 전지는 전류 밀도 5 A g −1에서 6000 사이클 후 87.5%의 용량 보존을 보여줍니다.