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A Generic “Engraving in Aprotic Medium” Strategy toward Stabilized Zn Anodes
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2023-05-31 , DOI: 10.1002/aenm.202300932 Yuhan Zou 1 , Yiwen Su 1 , Changpeng Qiao 1 , Weiping Li 1 , Zaikun Xue 1 , Xianzhong Yang 1 , Miaoyu Lu 1 , Wenyi Guo 1 , Jingyu Sun 1
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2023-05-31 , DOI: 10.1002/aenm.202300932 Yuhan Zou 1 , Yiwen Su 1 , Changpeng Qiao 1 , Weiping Li 1 , Zaikun Xue 1 , Xianzhong Yang 1 , Miaoyu Lu 1 , Wenyi Guo 1 , Jingyu Sun 1
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Zn foil pretreatment is a direct route to alleviating Zn anode instability and maintaining high energy performance in Zn metal batteries. Unfortunately, prevailing methods for achieving an ideal Zn surface texture do not enable durable operation under a large depth of discharge, thus impairing the Zn utilization ratio. Zn etching is a more feasible way to control the surface texture, but this approach remains relatively unexplored. In this study, a general strategy is reported for Zn foil engraving in aprotic media to realize efficient anode pretreatment in terms of stability. These tests are performed using high-valence metal ions (especially Mo5+) in an aprotic environment as the key etchant to render a homogenously-distributed, 3D porous architecture on the Zn foil surface. Comprehensive experimental results and theoretical simulations revealed enhanced Zn nucleation and growth. This specially designed electrode exhibited a long lifespan with a large depth of discharge of 88% in symmetric cells. When assembled with a ZnxV2O5 cathode, the constructed cell demonstrated nearly full capacity retention even under stringent conditions (e.g., an N/P capacity ratio of 5.5). This study demonstrates the potential of a Zn etching pretreatment to address the prototypical instability issues of Zn anodes.
中文翻译：
稳定锌阳极的通用“非质子介质雕刻”策略
锌箔预处理是减轻锌阳极不稳定性并保持锌金属电池高能量性能的直接途径。不幸的是，目前实现理想锌表面织构的方法无法实现大深度放电下的持久运行，从而损害了锌的利用率。锌蚀刻是控制表面纹理的更可行的方法，但这种方法仍然相对未经探索。在这项研究中，报告了在非质子介质中雕刻锌箔的一般策略，以在稳定性方面实现有效的阳极预处理。这些测试是使用高价金属离子（尤其是 Mo 5+）在非质子环境中作为关键蚀刻剂，在锌箔表面呈现均匀分布的 3D 多孔结构。综合实验结果和理论模拟揭示了锌的成核和生长增强。这种专门设计的电极具有较长的使用寿命，在对称电池中放电深度高达 88%。当与Zn x V 2 O 5阴极组装时，所构建的电池即使在严格条件下（例如，N/P容量比为5.5）也表现出几乎完全的容量保持。这项研究证明了锌蚀刻预处理解决锌阳极原型不稳定问题的潜力。
更新日期：2023-05-31
中文翻译：
稳定锌阳极的通用“非质子介质雕刻”策略
锌箔预处理是减轻锌阳极不稳定性并保持锌金属电池高能量性能的直接途径。不幸的是，目前实现理想锌表面织构的方法无法实现大深度放电下的持久运行，从而损害了锌的利用率。锌蚀刻是控制表面纹理的更可行的方法，但这种方法仍然相对未经探索。在这项研究中，报告了在非质子介质中雕刻锌箔的一般策略，以在稳定性方面实现有效的阳极预处理。这些测试是使用高价金属离子（尤其是 Mo 5+）在非质子环境中作为关键蚀刻剂，在锌箔表面呈现均匀分布的 3D 多孔结构。综合实验结果和理论模拟揭示了锌的成核和生长增强。这种专门设计的电极具有较长的使用寿命，在对称电池中放电深度高达 88%。当与Zn x V 2 O 5阴极组装时，所构建的电池即使在严格条件下（例如，N/P容量比为5.5）也表现出几乎完全的容量保持。这项研究证明了锌蚀刻预处理解决锌阳极原型不稳定问题的潜力。
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