全球對可持續且具有成本效益的儲能解決方案的需求不斷增長，推動了鋅電池的快速發展。盡管近年來取得了重大進展，但提高鋅電池的能量密度仍然是一個重要的研究重點。一種普遍的策略涉及開發高容量和/或高電壓陰極材料。 CuS是一種常用的電極材料，具有雙電子轉移機制；然而，還原的硫離子缺乏電化學活性，從而限制了其放電容量和氧化還原電位。
近日，香港城市大學Chunyi Zhi，南方科技大學Hongfei Li，深圳大學Zhuoxin Liu開發了一種使用基于 DES 的電解質激活 CuS 電極的有效策略，將 Zn?CuS 電池重構為高度可逆的四電子 Zn?Cu2+&S 電池。
文章要點
1）四電子轉移機制在中等電位下充分釋放了S元素的電化學活性，使所得電池具有大容量和高電壓。具體而言，在充電過程中，ZL-DES·5H2O電解液為銅物質（Cu → Cu2S → CuCl2? → CuCl4 2?）和硫物質（ZnS → Sn2? → S，n ≥ 4）提供了新的氧化途徑，導致形成高價 Cu2+&S 化合物。 Cl?的高配位效應對于穩定Cu+中間體至關重要，并且涉及液相的反應途徑改善了反應動力學。
2）采用帶有ZL-DES·5H2O電解液的Cu2+&S電極，在0.2 A g?1下實現了接近800 mAh g?1的大容量，并且放電電壓平臺顯著從0.55 V提升至1.58 V，有助于實現高容量。 162.5 W kg?1 時的能量密度為 650 Wh kg?1，8424 W kg?1 時的能量密度為 278 Wh kg?1（基于 CuS）。此外，即使在軟包電池中的高質量負載下也可以實現CuS電極的激活，進一步證實了該策略的實用性。此外，在電池制造過程中不需要復雜的合成過程或昂貴的離子交換膜；因此，本工作開發的鋅電池表現出良好的成本效率，有望大規模應用。
參考文獻
Shizhen Li, et al, A High-Energy Four-Electron Zinc Battery Enabled by Evoking Full Electrochemical Activity in Copper Sulfide Electrode, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c05850
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05850
