Redox Catalysis Promoted Activation of Sulfur Redox Chemistry for Energy-Dense Flexible Solid-State Zn–S Battery

氧化还原 化学 氧化态 硫黄 电池(电) 电化学 化学工程 固态 半反应 催化作用 无机化学 材料科学 电极 物理化学 有机化学 热力学 工程类 功率(物理) 物理
作者
Hong Zhang,Zhoutai Shang,Gen Luo,Shuhong Jiao,Ruiguo Cao,Qianwang Chen,Ke Lu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 7344-7351 被引量:116
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c08645
摘要

In aqueous Zn-ion batteries, the intercalation chemistry often foil attempts at the realization of high energy density. Unlocking the full potential of zinc-sulfur redox chemistry requires the manipulation of the feedbacks between kinetic response and the cathode's composition. The cell degradation mechanism also should be tracked simultaneously. Herein, we design a high-energy Zn-S system where the high-capacity cathode was fabricated by in situ interfacial polymerization of Fe(CN)64--doped polyaniline within the sulfur nanoparticle. Compared with sulfur, the FeII/III(CN)64/3- redox mediators exhibit substantially faster cation (de)insertion kinetics. The higher cathodic potential (FeII(CN)64-/FeIII(CN)63- ∼ 0.8 V vs S/S2- ∼ 0.4 V) spontaneously catalyzes the full reduction of sulfur during battery discharge (S8 + Zn2FeII(CN)6 ↔ ZnS + Zn1.5FeIII(CN)6, ΔG = -24.7 kJ mol-1). The open iron redox species render a lower energy barrier to ZnS activation during the reverse charging process, and the facile Zn2+ intercalative transport facilitates highly reversible conversion between S and ZnS. The yolk-shell structured cathode with 70 wt % sulfur delivers a reversible capacity of 1205 mAh g-1 with a flat operation voltage of 0.58 V, a fade rate over 200 cycles of 0.23%/cycle, and an energy density of 720 Wh kgsulfur-1. A range of ex situ investigations reveal the degradation nature of Zn-S cells: aggregation of inactive ZnS nanocrystals rather than the depletion of Zn anode. Impressively, the flexible solid-state Zn battery employing the composite cathode was assembled, realizing an energy density of 375 Wh kgsulfur-1. The proposed redox electrocatalysis effect provides reliable insights into the tunable Zn-S chemistry.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
牟若溪完成签到,获得积分10
刚刚
LiShin完成签到,获得积分10
1秒前
Air完成签到,获得积分10
1秒前
怎么会这样呢完成签到,获得积分10
1秒前
夏沫完成签到,获得积分10
1秒前
疯子不风完成签到,获得积分10
1秒前
Daisy完成签到,获得积分10
1秒前
星星完成签到,获得积分10
1秒前
专一的猎豹完成签到,获得积分10
2秒前
高贵云朵发布了新的文献求助10
2秒前
瑾瑜完成签到,获得积分20
2秒前
PDIF-CN2发布了新的文献求助10
2秒前
稳重的藏鸟完成签到,获得积分10
3秒前
甘愿完成签到,获得积分10
3秒前
CTT完成签到,获得积分10
4秒前
YWG完成签到,获得积分10
4秒前
微笑面包完成签到,获得积分10
4秒前
gzsy完成签到,获得积分10
4秒前
pasxc完成签到 ,获得积分10
4秒前
FashionBoy应助不倦采纳,获得10
4秒前
5秒前
达雨发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
烟花应助学术大辣鸡采纳,获得10
6秒前
蒲公英完成签到,获得积分10
6秒前
司空绝山完成签到,获得积分10
6秒前
瑾瑜发布了新的文献求助10
7秒前
顾矜应助劣根采纳,获得10
7秒前
Ihang完成签到,获得积分10
7秒前
gy完成签到,获得积分10
8秒前
yfn完成签到,获得积分10
8秒前
wills完成签到,获得积分10
8秒前
llllll完成签到,获得积分10
8秒前
唠叨的夏烟完成签到 ,获得积分10
9秒前
果果完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
寻靖完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
chenyou完成签到,获得积分10
12秒前
小苹果完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1621
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
Brittle fracture in welded ships 1000
A Guide to Genetic Counseling, 3rd Edition 500
Laryngeal Mask Anesthesia: Principles and Practice. 2nd ed 500
Theories in Second Language Acquisition 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5568425
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4653025
关于积分的说明 14703215
捐赠科研通 4594849
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2521311
邀请新用户注册赠送积分活动 1492962
关于科研通互助平台的介绍 1463778