Published March 24, 2023 | Version v1
Publication Open

Reversible Zn Metal Anodes Enabled by Trace Amounts of Underpotential Deposition Initiators

Creators

  • 1. Wuhan University of Technology
  • 2. University College London
  • 3. Wuhan University
  • 4. University of Cambridge
  • 5. Peking University

Description

Abstract Routine electrolyte additives are not effective enough for uniform zinc (Zn) deposition, because they are hard to proactively guide atomic‐level Zn deposition. Here, based on underpotential deposition (UPD), we propose an "escort effect" of electrolyte additives for uniform Zn deposition at the atomic level. With nickel ion (Ni 2+ ) additives, we found that metallic Ni deposits preferentially and triggers the UPD of Zn on Ni. This facilitates firm nucleation and uniform growth of Zn while suppressing side reactions. Besides, Ni dissolves back into the electrolyte after Zn stripping with no influence on interfacial charge transfer resistance. Consequently, the optimized cell operates for over 900 h at 1 mA cm −2 (more than 4 times longer than the blank one). Moreover, the universality of "escort effect" is identified by using Cr 3+ and Co 2+ additives. This work would inspire a wide range of atomic‐level principles by controlling interfacial electrochemistry for various metal batteries.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعتبر إضافات الإلكتروليت الروتينية المجردة غير فعالة بما يكفي لترسيب الزنك الموحد، لأنه من الصعب توجيه ترسب الزنك على المستوى الذري بشكل استباقي. هنا، بناءً على الترسيب منخفض الجهد (UPD)، نقترح "تأثير مرافقة" لمضافات الإلكتروليت لترسيب الزنك الموحد على المستوى الذري. مع إضافات أيونات النيكل (Ni 2+)، وجدنا أن رواسب النيكل المعدنية تفضيلية وتحفز UPD للزنك على النيكل. هذا يسهل التنواة الصلبة والنمو المنتظم للزنك مع قمع التفاعلات الجانبية. إلى جانب ذلك، يذوب ني مرة أخرى في المنحل بالكهرباء بعد تجريد الزنك دون أي تأثير على مقاومة نقل الشحنة البينية. وبالتالي، تعمل الخلية المحسنة لأكثر من 900 ساعة عند 1 مللي أمبير سم -2 (أكثر من 4 مرات أطول من الخلية الفارغة). علاوة على ذلك، يتم تحديد عالمية "تأثير المرافقة" باستخدام إضافات Cr 3+ و Co 2+. من شأن هذا العمل أن يلهم مجموعة واسعة من المبادئ على المستوى الذري من خلال التحكم في الكيمياء الكهربائية البينية لمختلف البطاريات المعدنية.

Translated Description (French)

Résumé Les additifs électrolytiques de routine ne sont pas assez efficaces pour un dépôt uniforme de zinc (Zn), car ils sont difficiles à guider de manière proactive le dépôt de Zn au niveau atomique. Ici, sur la base du dépôt sous-potentiel (UPD), nous proposons un « effet d'escorte » des additifs électrolytiques pour un dépôt uniforme de Zn au niveau atomique. Avec les additifs d'ions nickel (Ni 2+ ), nous avons constaté que le Ni métallique se dépose préférentiellement et déclenche l'UPD du Zn sur le Ni. Cela facilite la nucléation ferme et la croissance uniforme du Zn tout en supprimant les réactions secondaires. En outre, le Ni se dissout à nouveau dans l'électrolyte après le décapage du Zn sans aucune influence sur la résistance de transfert de charge interfaciale. Par conséquent, la cellule optimisée fonctionne pendant plus de 900 h à 1 mA cm −2 (plus de 4 fois plus longtemps que la cellule vierge). De plus, l'universalité de « l'effet d'escorte » est identifiée en utilisant des additifs Cr 3+ et Co 2+. Ce travail inspirerait un large éventail de principes au niveau atomique en contrôlant l'électrochimie interfaciale pour diverses batteries métalliques.

Translated Description (Spanish)

Resumen Los aditivos electrolíticos de rutina no son lo suficientemente efectivos para la deposición uniforme de zinc (Zn), porque son difíciles de guiar proactivamente la deposición de Zn a nivel atómico. Aquí, en base a la deposición subpotencial (UPD), proponemos un "efecto escolta" de aditivos electrolíticos para la deposición uniforme de Zn a nivel atómico. Con los aditivos de iones de níquel (Ni 2+ ), encontramos que el Ni metálico se deposita preferentemente y desencadena la UPD de Zn en Ni. Esto facilita la nucleación firme y el crecimiento uniforme de Zn al tiempo que suprime las reacciones secundarias. Además, el Ni se disuelve de nuevo en el electrolito después de la extracción de Zn sin influir en la resistencia de transferencia de carga interfacial. En consecuencia, la celda optimizada funciona durante más de 900 h a 1 mA cm −2 (más de 4 veces más que la celda en blanco). Además, la universalidad del "efecto escolta" se identifica mediante el uso de aditivos Cr 3+ y Co 2+. Este trabajo inspiraría una amplia gama de principios de nivel atómico mediante el control de la electroquímica interfacial para varias baterías metálicas.

Files

anie.202301192.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:576d214ee7ff2c29e81618366e792a3b
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أنودات معدنية من الزنك قابلة للعكس مفعلة بكميات ضئيلة من بادئات الترسيب ذات الجهد المنخفض
Translated title (French)
Anodes métalliques Zn réversibles activées par les quantités de traces d'initiateurs de dépôt sous-potentiel
Translated title (Spanish)
Ánodos metálicos reversibles de Zn habilitados por cantidades traza de iniciadores de deposición de bajo potencial

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4323033710
DOI
10.1002/anie.202301192

Is supplement to
https://openalex.org/W5159794 (Other)
https://openalex.org/W4313886759 (Other)
https://openalex.org/W4248115860 (Other)
https://openalex.org/W3197368573 (Other)
https://openalex.org/W2392905164 (Other)
https://openalex.org/W2164604333 (Other)
https://openalex.org/W2045648267 (Other)
https://openalex.org/W2017189043 (Other)
https://openalex.org/W2014598323 (Other)
https://openalex.org/W1998534931 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1967699664
  • https://openalex.org/W2096727376
  • https://openalex.org/W2340600715
  • https://openalex.org/W2515146993
  • https://openalex.org/W2798233601
  • https://openalex.org/W2941622960
  • https://openalex.org/W2995442447
  • https://openalex.org/W3003764549
  • https://openalex.org/W3010676504
  • https://openalex.org/W3014916470
  • https://openalex.org/W3045563350
  • https://openalex.org/W3048126906
  • https://openalex.org/W3082407832
  • https://openalex.org/W3113463851
  • https://openalex.org/W3114432452
  • https://openalex.org/W3118601980
  • https://openalex.org/W3162006770
  • https://openalex.org/W3201419974
  • https://openalex.org/W3202221354
  • https://openalex.org/W3213736870
  • https://openalex.org/W3215964553
  • https://openalex.org/W4200325040
  • https://openalex.org/W4206378280
  • https://openalex.org/W4207017873
  • https://openalex.org/W4220659267
  • https://openalex.org/W4220901254
  • https://openalex.org/W4224244958
  • https://openalex.org/W4235771067
  • https://openalex.org/W4282010644
  • https://openalex.org/W4283016711
  • https://openalex.org/W4291124100
  • https://openalex.org/W4292805158
  • https://openalex.org/W4308944245
  • https://openalex.org/W4308944246
  • https://openalex.org/W4313680961
  • https://openalex.org/W4313681080
  • https://openalex.org/W4323033710