Angew：助溶剂-催化剂协同作用提高锌-硫电池在水介质中的正极活性和负极稳定性

Nanoyu

2022-09-03

高能量密度锌-硫（Zn-S）电池是一种很有前途的大规模储能技术，但硫负极和锌正极较差的可逆性严重阻碍了Zn-S电池的应用。

近日，湖南大学朱智强教授，Zichao Yan，湘潭大学Li Liu设计了一种“鸡尾酒优化”电解质，包含四甘醇二甲醚(G4)和水作为共溶剂，碘作为添加剂，以及Zn(OTF)₂盐，其中G4和碘协同功能化以提高水系Zn-S电池的电极可逆性。

文章要点

1）具体而言，G4分子对硫阴极具有强亲和力，可改善电解质的润湿性，阻断水的进入，从而有效加速锌离子传输，抑制硫转化过程中歧化产物（SO₄^2-）的形成。更重要的是，I₂添加剂可以被G4的给电子基团(-COC-)还原成I₃^-聚阴离子，这对于催化硫的固-固转化更有效，产生更低的极化、降低的活化能和更高的可逆容量。

2）同时，在G4的存在下，由I₃^-聚阴离子引发的部分分解的Zn(OTF)₂盐可以在循环时在Zn阳极上产生有机-无机固体电解质界面(SEI ),该界面可以保护Zn表面免受水的影响并引导Zn2+扩散，从而使Zn负极具有令人印象深刻的日历寿命（在Zn||Zn对称电池中，在5mA cm^-2下，具有5 mAh cm^-2的容量可达1800 h）。

3）因此，体积比为40 % G4和重量比为0.15 wt % I₂添加剂的“鸡尾酒优化”电解液确保了纽扣电池（0.5 A g⁻¹下，1140 mAh g⁻¹ 的高容量和在4 A g⁻¹下600次循环后70%的容量保持率）和软包电池（1.7 A g−1下，130次循环后，750 mAh g⁻¹的高容量）两种水系Zn-S电池的出色性能。

4）研究人员还证明了“鸡尾酒优化”电解质的设计可以应用于其他共溶剂，包括glyme (G1)和diglyme (G2)，进一步暗示了“鸡尾酒优化”电解质的普适性和潜在应用，以提高电极可逆性和体系相容性的水系Zn-S电池的性能。

参考文献

Min Yang, et al, Boosting Cathode Activity and Anode Stability of Zn-S Batteries in Aqueous Media Through Cosolvent-Catalyst Synergy, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202212666

https://doi.org/10.1002/anie.202212666