高性能儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展對(duì)解決當(dāng)前能源和環(huán)境危機(jī)至關(guān)重要。水系鋅離子電池因其資源豐富、環(huán)保、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。然而，容量較低的嵌入型正極材料極大地限制了其發(fā)展。基于轉(zhuǎn)換機(jī)制的高比容量硫正極正好可以彌補(bǔ)水系鋅離子電池能量密度不足的劣勢(shì)。因此水系鋅硫電池被認(rèn)為是一種很有前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。但在水相系統(tǒng)中硫陰極緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和不可逆的副反應(yīng)，以及鋅陽(yáng)極的析氫反應(yīng)和枝晶生長(zhǎng)，嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。
近日，湖南大學(xué)朱智強(qiáng)教授、顏?zhàn)映斫淌谂c湘潭大學(xué)劉黎教授合作，以三氟甲基磺酸鋅為鋅鹽，四乙二醇二甲醚（G4）和水作為助溶劑，碘作為添加劑，基于助溶劑-催化劑協(xié)同效應(yīng)發(fā)展了一種具有普適性的“雞尾酒優(yōu)化”電解液策略以針對(duì)性的解決水系鋅硫電池所面臨的問(wèn)題。
“雞尾酒優(yōu)化”電解液在水系鋅硫電池的應(yīng)用中具有顯著作用。一方面，G4-I2的協(xié)同作用可以激活高效的極性I3?/I?催化劑，改善電解質(zhì)對(duì)硫的潤(rùn)濕性，并屏蔽水的進(jìn)入，從而促進(jìn)硫的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，抑制界面副反應(yīng)（SO42?的生成）。另一方面，在循環(huán)過(guò)程中由具有氧化性I3?聚陰離子引發(fā)的Zn(OTF)2鹽分解可在鋅陽(yáng)極形成有機(jī)-無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)膜（SEI），進(jìn)而提升金屬鋅的循環(huán)穩(wěn)定性。 對(duì)于硫陰極，G4表現(xiàn)出相當(dāng)出色的親硫性，不僅可以提高硫陰極的界面電荷傳輸，還能限制硫陰極與水的直接接觸，從而有效抑制歧化反應(yīng)產(chǎn)物SO42?的生成。同時(shí)，I2添加劑可以被G4的給電子基團(tuán)誘導(dǎo)生成極性I3?聚陰離子，這更有利于降低硫-硫化鋅的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，釋放更高的可逆容量。 對(duì)于鋅陽(yáng)極，G4-I2協(xié)同觸發(fā)的電解質(zhì)組分共分解效應(yīng)會(huì)在鋅金屬表面原位形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化SEI，使得其在“雞尾酒優(yōu)化”的電解液中表現(xiàn)出更長(zhǎng)的壽命，更高的HER電位，更平坦的鋅沉積層。 最終，水系鋅硫電池在“雞尾酒優(yōu)化”的電解液在中表現(xiàn)出高的比容量，良好的倍率性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，該電解液的設(shè)計(jì)策略也可以推廣到其他醚/水混合電解質(zhì)（如：乙二醇二甲醚/水，二乙二醇二甲醚/水），顯示了“雞尾酒優(yōu)化”電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略的普遍性。該工作為水系鋅硫電池電解質(zhì)的基礎(chǔ)研究提供了新的見(jiàn)解。 論文信息 Boosting Cathode Activity and Anode Stability of Zn-S Batteries in Aqueous Media Through Cosolvent-Catalyst Synergy Min Yang, Dr. Zichao Yan, Dr. Jin Xiao, Wenli Xin, Lei Zhang, Huiling Peng, Yaheng Geng, Junwei Li, Dr. Yunxiao Wang, Prof. Li Liu, Prof. Zhiqiang Zhu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202212666
