近日，東北大學副教授宋禹團隊在水系鋅硫電池研究中取得重要突破。他們采用共溶劑策略，調控鋅離子在電解液中的溶劑化結構，促進溶劑化鋅離子與硫正極間相互作用，進而加速硫正極的還原反應動力學。相關成果發表于J. Am. Chem. Soc.。
水系鋅-硫電池具備高安全、低成本、高容量等特點，在大規模儲能領域極具應用潛力。然而，由于硫的導電性差、電池固-固反應動力學緩慢，電解液中的水分子易分解，導致電池放電電壓低、循環穩定性差，阻礙其實際應用。
本工作中，團隊首先以N,N-二乙基甲酰胺（DEF）作為共溶劑研究模型，形成[Zn(H2O)5DEF]2+溶劑化結構加速硫電極-電解液界面反應動力學。此外，由于DEF的強給電子效應，增強了硫電極的固有電子導電性。DEF提供的電子占據硫原子的反鍵軌道，增加其電子云密度并引發原子間靜電排斥，削弱S-S鍵相互作用，從而促進硫快速轉化為ZnS。所組裝的鋅-硫電池實現了0.8 V的穩定放電平臺以及1583 mAh·g-1的高比容量，經過2000次循環后容量保持率為85%。團隊還組裝了Ah級軟包電池，成功進行概念驗證，電池性能優于以往文獻報道的水系鋅硫電池。同時，團隊結合機器學習與電化學性能測試結果，對18種有機共溶劑進行研究。首次提出供體數和最高占據分子軌道能級是預測電池性能的關鍵描述符。借助此描述符，可快速篩選高性能水系鋅硫電池共溶劑，顯著提高研發效率。
本工作提出了一種共溶劑策略，為高性能水系鋅硫電池電解液設計提供有效工具。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.5c06710
本文鏈接：高性能水系鋅硫電池研究取得新進展http://www.sq15.cn/show-11-25275-0.html
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