文 章 信 息
氧化还原催化助力高性能柔性Zn-S电池
作者单位：安徽大学&中国科学技术大学
研 究 背 景
随着对车载电池安全问题的日益关注，对使用绿色，不易燃和无毒电解质的可充电电池的需求量不断加大。虽然水系可充电锌离子电池很好地满足了上述标准，但是目前获得的能量密度远低于非水系电池。因此，探索高容量电极对于实现高能量密度至关重要。
目前已报到的水系锌离子电池一般采用嵌入式正极材料（如MnO2、磷酸盐、钒酸盐等），但受限于正极材料对主体结构框架的依赖，电池能量密度相对较低，限制了其实际应用。在追求更高的能量密度的过程中，具有转换机制的正极有望实现。
文 章 简 介
基于此，安徽大学和中国科学技术大学合作，在国际知名期刊ACS Nano上发表题为“Redox Catalysis Promoted Activation of Sulfur Redox Chemistry for Energy-Dense Flexible Solid-State Zn-S Battery”的研究论文。该文章揭示了水系锌硫电池体系内硫转化路径的氧化还原活化及催化效应，构建高能量柔性固态锌硫电池。
本 文 要 点
本文通过原位界面聚合制备了一种掺杂Fe(CN)64-氧化还原活性中心的聚苯胺包裹的硫纳米颗粒的高容量转换硫电极用于水系锌离子电池。研究表明，FeII/III(CN)64/3-氧化还原媒介体具有更高的正极电位（FeII(CN)64-/FeIII(CN)63- ~0.8V vs S/S2- ~0.4V）在电池放电过程中自发催化硫的完全还原。
以S8 + Zn2FeII(CN)6 ↔ ZnS + Zn1.5FeIII(CN)6的反应为例，实验结果表明，所计算得吉布斯自由能：G = -24.7 kJ mol-1，表明该反应在实验条件下为自发反应。氧化还原限域催化活化硫组分的快速动力学转化，氧化还原催化助力高性能柔性Zn-S电池的构建。同时在放电过程中，开放的FeII/III(CN)64/3-氧化还原媒介体作为阳离子预储存的功能聚合物骨架，具有更快的Zn2+嵌入（脱出）动力学，对放电产物ZnS的活化具有较低的能垒，促进了S和ZnS之间的高度可逆转化，使Zn-S电池具有1205 mAh g-1的高容量和720 Wh kgsulfur-1的能量密度。
此外，采用复合正极组装了PVA-ZnSO4凝胶电解质的高能柔性Zn-S电池，实现了375 Wh kgsulfur-1的能量密度以及在严重变形状态（如弯曲、切割）下也能提供稳定、可观的容量和优越的机械强度，展示了其真正的可穿戴应用前景。
文 章 链 接
Redox Catalysis Promoted Activation of Sulfur Redox Chemistry for Energy-Dense Flexible Solid-State Zn-S Battery, ACS Nano, 2021, 10.1021/acsnano.1c08645.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c08645
通 讯 作 者 简 介
鹿可 教授
安徽大学教授。2018年6月在山东大学获得博士学位(导师:马厚义教授)；2017年9月到2018年5月，在同济大学车用新能源研究院进行固态锂/钠电池项目博士联培(导师:黄云辉教授/罗巍教授)；2018年7月到2020年8月，在美国Northern Illinois University/Argonne National Laboratory从事博士后研究(合作导师:Prof. Yingwen Cheng)；2020年9月入职安徽大学物质科学与信息技术研究院(陈乾旺教授研究团队)。目前已在CCS Chem., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., Nano Lett., ACS Nano等期刊上发表研究论文40余篇，申请美国发明专利2项，H因子19
课 题 组 网 站
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