Construction of Lanthanide-based Corrosion-resistant Films for Aqueous Zinc Batteries with Ultra-long Cycle Life

doi:10.7503/cjcu20250105

Abstract

Abstract:

Herein， a lanthanum-based corrosion-resistant film（LaCRF） was grown on the surface of the zinc anode， which effectively reduced the nucleation overpotential of zinc ions and significantly inhibited the formation of zinc dendrites， substrate corrosion， and by-products. Electrochemical performance tests indicate that symmetric cells modified with LaCRF exhibit over 3000 h of cycling stability and minimal polarization at a current density of 2 mA/cm²-1 mA·h/cm². Furthermore， in Zn@LaCRF||Cu half-cell， the cycle life exceeds 800 cycles； meanwhile， in Zn@LaCRF||MnO₂ full cell， the capacity retention rate remains as high as 91.9% after 2000 cycles at a current density of 1.8 A/g. This achievement not only provides a new solution for addressing the corrosion issues of zinc anodes but also paves a new direction for the application of rare earth elements in rechargeable aqueous zinc batteries.

Key words: Aqueous zinc battery, Zinc anode, Corrosion resistant film, Rare earth element, Long cycling performance

CLC Number:

O646

TrendMD:

GOU Lei, SUN Aihong, LIANG Kai, WANG Yanjing, FAN Xiaoyong, LI Donglin. Construction of Lanthanide-based Corrosion-resistant Films for Aqueous Zinc Batteries with Ultra-long Cycle Life[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(10): 20250105.

Figures/Tables 11

References 38

[1]	Pu Y. J.， Zhang Y. K.， Zhan K. Y.， Zeng X. G.， Yang X. J.， Zhang Y. H.， Li X. M.， Chem. Eng. J.， 2024， 494， 153002
[2]	Li P. W.， Luo S. H.， Zhang L.， Liu Q. Y.， Wang Y. K.， Lin Y. C.， Xu C.， Guo J.， Cheali P.， Xia X. N.， J. Energy Chem.， 2024， 89， 144—171
[3]	Guo K.， Li Y.， Luo D.， Guo Y. S.， Pan S. Q.， Lin S. Y.， Yu N.， J. Alloy Compd.， 2024， 1004， 175772
[4]	Yang J. J.， Gu X. X.， Xu C. X.， Li J.， Wen B. B.， Si L. J.， Shen W. F.， Chen K.， Zhang X. K.， Liu Y. Q.， Lin X. M.， Wu Y. B.， Yang H. C.， CrystEngComm， 2024， 26（38）， 5314—5323
[5]	Zhang H. Y.， Ning F. H.， Guo Y. M.， Subhan S.， Liu X. Y.， Shi S. Q.， Lu S. G.， Xia Y. Y.， Yi J.， ACS Energy Lett.， 2024， 9（10）， 4761—4784
[6]	Wang C. H.， Zhang D.， Yue S.， Jia S. F.， Li H.， Liu W. X.， Li L.， Chem. Rec.， 2024， 24（12）， e202400142
[7]	Ge X. M.， Peng Z.， Zhang Q. Q.， Zhu J.， Zhao N. N.， Zhang Z. K.， Meng W.， Li B.， Wang L.， Tian H. J.， Dai L.， He Z. X.， J. Mater. Sci. Technol.， 2025， 219， 10—18
[8]	Hu X. M.， He Z. Q.， Zhao Q. W.， Zhou J.， Wang C. D.， Huang S. Z.， Zhou G.， Xu B. G.， Wang B.， Chen L. B.， Chen Y. J.， Adv. Funct. Mater.， 2024， 34（49）， 2409247
[9]	Zhu X. Y.， Pan L.， Peng Z. Y.， Li B.， Zhang Z. K.， Zhao N. N.， Meng W.， Dai L.， Wang L.， Zhu J.， He Z. X.， J. Colloid Interface Sci.， 2025， 677（Pt A）， 1029—1036
[10]	Deng L. F.， Xie X. F.， Song W. W.， Pan A. Q.， Cao G. Z.， Liang S. Q.， Fang G. Z.， Chem. Eng. J.， 2024， 488， 151104
[11]	Peng Z.， Yan H.， Zhang Q. Q.， Liu S. D.， Jun S. C.， Poznyak S.， Guo N.， Li Y. H.， Tian H. J.， Dai L.， Wang L.， He Z. X.， Nano Lett.， 2024， 24（30）， 9137—9146
[12]	Zhou X. Y.， Ruan T. T.， Xu J.， Li C. H.， Huang S. X.， Zhou J. P.， Lu S. L.， Song R. S.， Li R. H.， RSC Adv.， 2024， 14（32）， 23023—23036
[13]	Zhao K.， Zhao J. N.， Yu M.， Liu F. M.， Dong Y.， Wang S. W.， Cheng F. Y.， Chem. Res. Chinese Universities， 2024， 40（4）， 722—729
[14]	Zhang W. G.， Zhang C.， Wang H. Z.， Wang H. H.， Chem. Res. Chinese Universities， 2023， 39（6）， 1037—1043
[15]	Jiao Q. Y.， Zhou T. P.， Zhang N.， Liu S. H.， Huang Q. Y.， Bi W. T.， Chu W. S.， Wu X. J.， Zhu Y. C.， Feng Y.， Wu C. Z.， Sci. China Mater.， 2022， 65（7）， 1771—1778
[16]	Chen M. J.， Cui Y. M.， Liu W. F.， Shi Z. P.， Dong H. Y.， Yue H. Y.， Cao Z. X.， Lu Z. S.， Yang S. T.， Yin Y. H.， Inorg. Chem. Front.， 2024， 11（15）， 4748—4756
[17]	Du Y. X.， Li R. T.， Wang T. T.， Feng Z. Y.， Dong H.， Fan F. F.， Deng D. Z.， Zhu J.， Liu Y. G.， Dai L.， Wang L.， He Z. X.， Chem. Eng. J.， 2024， 486，150139
[18]	Wang H.， Zhao Q.， Wang Y.， Lin J. L.， Li W. M.， Watanabe S.， Wang X. B.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2024， 26（35）， 23411—23418
[19]	Zhang S. H.， Yang B.， Kong G.， Lu J. T.， Int. J. Electrochem. Sci.， 2018， 13（11）， 10247—10258
[20]	Chen L.， Chen C. G.， Wang N. N.， Wang J. M.， Deng L.， Rare Metal Mat. Eng.， 2015， 44（2）， 333—338
[21]	Kang J. G.， Kim Y. I.， Cho D. W.， Sohn Y. K.， Mater. Sci. Semicond. Process.， 2015， 40， 737—743
[22]	Liu Y. F.， Zhang X. T.， Shaaban S. M.， Li Z. C.， Alshammari D. A.， Xu X. Y.， Tang Y.， El⁃Bahy Z. M.， Lu B. G.， Liu Y. Y.， Zhou J.， Adv. Energy Mater.， 2025， doi：10.1002/aenm.202500962
[23]	Deng C. B.， Xie X. S.， Han J. W.， Lu B.G.，Liang S. Q.， Zhou J.， Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（51）， 2103227
[24]	Kong G.， Liu L. Y.， Lu J. T.， Che C. S.， Zhong Z.， J. Rare Earths.， 2010， 28（3）， 461—465
[25]	Montemor M. F.， Simões A. M.， Ferreira M. G. S.， Prog. Org. Coat.， 2002， 44（2）， 111—120
[26]	Zhang S. H.， Kong G.， Lu J. T.， Che C. S.， Liu L. Y.， Surf. Coat. Tech.， 2014， 259， 654—659
[27]	Wu J. C.， Shen X. C.， Zhou H. T.， Li X. W.， Gao H. Q.， Ge J. Y.， Xu T.， Zhou H. Y.， Small， 2023， 20（17）， 2308541
[28]	Li J.， Zhao T. H.， Shangguan E. B.， Li Y.， Li L. Q.， Wang D.， Wang M. Y.， Chang Z. R.， Li Q. M.， Electrochim. Acta， 2017， 236， 180—189
[29]	Li P. X.， Ren J. F.， Li C. X.， Li J. X.， Zhang K.， Wu T. T.， Li B.， Wang L.， Chem. Eng. J.， 2023， 451， 138769
[30]	Li Y. H.， Wu P. F.， Zhong W.， Xie C. L.， Xie Y. L.， Zhang Q.， Sun D.， Tang Y. G.， Wang H. Y.， Energ. Environ. Sci.， 2021， 14（10）， 5563—5571
[31]	Zeng Y. X.， Pei Z. H.， Luan D. Y.， Luo X. W. D.， J. Am. Chem. Soc.， 2023， 145（22）， 12333—12341
[32]	Ma L.， Schroeder M. A.， Borodin O.， Pollard T. P.， Ding M. S.， Wang C. S.， Xu K.， Nat. Energy， 2020， 5（10）， 743—749
[33]	Ma G. Q.， Di S. L.， Wang Y. Y.， Yuan W. T.， Ji X. W.， Qiu K. Y.， Liu M. Y.， Nie X. Y.， Zhang N.， Energy Storage Mater.， 2023， 54， 276—283
[34]	Gan X. R.， Tang J.， Wang X. Y.， Gong L.， Zhitomirsky I.， Qie L.， Shi K. Y.， Energy Storage Mater.， 2023， 59， 102769
[35]	Yu H. M.， Chen D. P.， Ni X. Y.， Qing P.， Yan C. S.， Wei W. F.， Ma J. M.， Ji X. B.， Chen Y. J.， Chen L. B.， Energy Environ. Sci.， 2023， 16（6）， 2684—2695
[36]	Zhang W. S.， Zhu X. Y.， Kang L.， Peng Z. Y.， Zhu J.， Pan L.， Dai L.， Liu S. D.， Wang L.， Liu Y. G.， He Z. X.， J. Energy Chem.， 2024， 90， 23—31
[37]	Chen J. J.， Xiong J. M.， Ye M. H.， Wen Z. P.， Zhang Y. F.， Tang Y. C.， Liu X. Q.， Li C. C.， Adv. Funct. Mater.， 2024， 34（16）， 2312564
[38]	Hu L. F.， Han Y. Y.， Yan L. J.， Zhu C.， Xu Z. X.， Zou X. F.， Zhou Y.， Xiang B.， Energy Storage Mater.， 2024， 65， 103114