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Nature of Zinc-Derived Dendrite and Its Suppression in Mildly Acidic Aqueous Zinc-Ion Battery
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2022-11-26 , DOI: 10.1002/aenm.202203189 Hee Jae Kim 1 , Sun Kim 1 , Kwang Heo 1 , Jae‐Hong Lim 2 , Hitoshi Yashiro 3 , Seung‐Taek Myung 1
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2022-11-26 , DOI: 10.1002/aenm.202203189 Hee Jae Kim 1 , Sun Kim 1 , Kwang Heo 1 , Jae‐Hong Lim 2 , Hitoshi Yashiro 3 , Seung‐Taek Myung 1
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Aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) are attractive in energy storage due to the use of aqueous electrolytes that ensures safety and ease of handling all parts in air. However, catastrophic zinc dendritic growth on zinc metal anodes impedes their practical application. Herein, Zn3(PO4)3·4H2O (ZP)-coated zinc metal anode is introduced to effectively suppress the dendrite growth and the chemical state of the dendrites that are composed of metallic Zn0, ZnO, and Zn(OH)2 is elucidated first. Significant improvement is observed for the ZP-coated zinc metal symmetric cell. Operando synchrotron tomography demonstrates that the ZP-coating layer ensures uniform deposition of zinc-derived compounds by the ZP layer that scarifies itself through decomposition to P2O5, Zn0, and Zn(OH)2. Meanwhile, the local reaction between P2O5 and H2O reproduces H3PO4, which provides a condition to reproduce Zn3(PO4)2·4H2O via a reaction between H3PO4 and metallic Zn on the Zn metal anode. This cyclic reformation of Zn3(PO4)2·4H2O progressively prevents dendrites over the long-term, even at high rates. The compatibility is verified in NaV3O8||ZP-coated zinc anode cell over 1000 cycles. As a result, this finding presents a practical way for uniform deposition of Zn that can be applicable to aqueous and nonaqueous ZIBs.
中文翻译：
锌衍生枝晶的性质及其在弱酸性水系锌离子电池中的抑制作用
水系锌离子电池 (ZIB) 在储能方面很有吸引力，因为它使用的水系电解质可确保安全且易于处理空气中的所有部件。然而，锌金属阳极上灾难性的锌枝晶生长阻碍了它们的实际应用。在此，引入Zn 3 (PO 4 ) 3 ·4H 2 O (ZP)包覆的锌金属阳极以有效抑制由金属Zn 0、ZnO和Zn(OH)组成的枝晶生长和枝晶的化学状态。) 2首先阐明。观察到 ZP 涂层锌金属对称电池的显着改善。Operando 同步加速器断层扫描表明，ZP 涂层确保 ZP 层均匀沉积锌衍生化合物，ZP 层通过分解为 P 2 O 5、Zn 0和 Zn(OH) 2来破坏自身。同时，P 2 O 5与H 2 O局部反应生成H 3 PO 4 ，为H 3 PO 4与Zn 3 (PO 4 ) 2 ·4H 2 O的生成提供了条件。和 Zn 金属阳极上的金属 Zn。Zn 3 (PO 4 ) 2 ·4H 2 O 的这种循环重整在长期内逐渐防止枝晶，即使在高速率下也是如此。兼容性在 NaV 3 O 8 ||ZP 涂层锌阳极电池中经过 1000 次循环验证。因此，这一发现为 Zn 的均匀沉积提供了一种实用的方法，可适用于水性和非水性 ZIB。
更新日期：2022-11-26
中文翻译：
锌衍生枝晶的性质及其在弱酸性水系锌离子电池中的抑制作用
水系锌离子电池 (ZIB) 在储能方面很有吸引力，因为它使用的水系电解质可确保安全且易于处理空气中的所有部件。然而，锌金属阳极上灾难性的锌枝晶生长阻碍了它们的实际应用。在此，引入Zn 3 (PO 4 ) 3 ·4H 2 O (ZP)包覆的锌金属阳极以有效抑制由金属Zn 0、ZnO和Zn(OH)组成的枝晶生长和枝晶的化学状态。) 2首先阐明。观察到 ZP 涂层锌金属对称电池的显着改善。Operando 同步加速器断层扫描表明，ZP 涂层确保 ZP 层均匀沉积锌衍生化合物，ZP 层通过分解为 P 2 O 5、Zn 0和 Zn(OH) 2来破坏自身。同时，P 2 O 5与H 2 O局部反应生成H 3 PO 4 ，为H 3 PO 4与Zn 3 (PO 4 ) 2 ·4H 2 O的生成提供了条件。和 Zn 金属阳极上的金属 Zn。Zn 3 (PO 4 ) 2 ·4H 2 O 的这种循环重整在长期内逐渐防止枝晶，即使在高速率下也是如此。兼容性在 NaV 3 O 8 ||ZP 涂层锌阳极电池中经过 1000 次循环验证。因此，这一发现为 Zn 的均匀沉积提供了一种实用的方法，可适用于水性和非水性 ZIB。
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