Unraveling the “Gap‐Filling” Mechanism of Multiple Charge Carriers in Aqueous Zn‐MoS2 Batteries

水溶液 二价 材料科学 电解质 阴极 载流子 扩散 离子 化学物理 纳米技术 化学 化学工程 无机化学 光电子学 物理化学 物理 电极 有机化学 冶金 热力学 工程类
作者
Shengwei Li,Xudong Zhao,Tianhao Wang,Jiae Wu,Xinghe Xu,Ping Li,Xiaobo Ji,Hongshuai Hou,Xuanhui Qu,Lifang Jiao,Yongchang Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (11): e202320075-e202320075 被引量:34
标识
DOI:10.1002/anie.202320075
摘要

The utilization rate of active sites in cathode materials for Zn-based batteries is a key factor determining the reversible capacities. However, a long-neglected issue of the strong electrostatic repulsions among divalent Zn2+ in hosts inevitably causes the squander of some active sites (i.e., gap sites). Herein, we address this conundrum by unraveling the "gap-filling" mechanism of multiple charge carriers in aqueous Zn-MoS2 batteries. The tailored MoS2 /(reduced graphene quantum dots) hybrid features an ultra-large interlayer spacing (2.34 nm), superior electrical conductivity/hydrophilicity, and robust layered structure, demonstrating highly reversible NH4 + /Zn2+ /H+ co-insertion/extraction chemistry in the 1 M ZnSO4 +0.5 M (NH4 )2 SO4 aqueous electrolyte. The NH4 + and H+ ions can act as gap fillers to fully utilize the active sites and screen electrostatic interactions to accelerate the Zn2+ diffusion. Thus, unprecedentedly high rate capability (439.5 and 104.3 mAh g-1 at 0.1 and 30 A g-1 , respectively) and ultra-long cycling life (8000 cycles) are achieved.
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