Angew. Chem. ：基于助溶剂-催化剂协同效应的“鸡尾酒优化”电解液设计用于水系Zn-S电池

高性能储能技术的发展对解决当前能源和环境危机至关重要。水系锌离子电池因其资源丰富、环保、安全可靠等优点备受关注。然而，容量较低的嵌入型正极材料极大地限制了其发展。基于转换机制的高比容量硫正极正好可以弥补水系锌离子电池能量密度不足的劣势。因此水系锌硫电池被认为是一种很有前景的大规模储能技术。但在水相系统中硫阴极缓慢的反应动力学和不可逆的副反应，以及锌阳极的析氢反应和枝晶生长，严重阻碍了其应用。

近日，湖南大学朱智强教授、颜子超助理教授与湘潭大学刘黎教授合作，以三氟甲基磺酸锌为锌盐，四乙二醇二甲醚（G4）和水作为助溶剂，碘作为添加剂，基于助溶剂-催化剂协同效应发展了一种具有普适性的“鸡尾酒优化”电解液策略以针对性的解决水系锌硫电池所面临的问题。

“鸡尾酒优化”电解液在水系锌硫电池的应用中具有显著作用。一方面，G4-I₂的协同作用可以激活高效的极性I₃⁻/I⁻催化剂，改善电解质对硫的润湿性，并屏蔽水的进入，从而促进硫的转化动力学，抑制界面副反应（SO₄²⁻的生成）。另一方面，在循环过程中由具有氧化性I₃⁻聚阴离子引发的Zn(OTF)₂盐分解可在锌阳极形成有机-无机固体电解质膜（SEI），进而提升金属锌的循环稳定性。

对于硫阴极，G4表现出相当出色的亲硫性，不仅可以提高硫阴极的界面电荷传输，还能限制硫阴极与水的直接接触，从而有效抑制歧化反应产物SO₄²⁻的生成。同时，I₂添加剂可以被G4的给电子基团诱导生成极性I₃⁻聚阴离子，这更有利于降低硫-硫化锌的转化动力学，释放更高的可逆容量。

对于锌阳极，G4-I₂协同触发的电解质组分共分解效应会在锌金属表面原位形成有机-无机杂化SEI，使得其在“鸡尾酒优化”的电解液中表现出更长的寿命，更高的HER电位，更平坦的锌沉积层。

最终，水系锌硫电池在“鸡尾酒优化”的电解液在中表现出高的比容量，良好的倍率性能和优异的循环稳定性。同时，该电解液的设计策略也可以推广到其他醚/水混合电解质（如：乙二醇二甲醚/水，二乙二醇二甲醚/水），显示了“鸡尾酒优化”电解质设计策略的普遍性。该工作为水系锌硫电池电解质的基础研究提供了新的见解。

论文信息

Boosting Cathode Activity and Anode Stability of Zn-S Batteries in Aqueous Media Through Cosolvent-Catalyst Synergy

Min Yang, Dr. Zichao Yan, Dr. Jin Xiao, Wenli Xin, Lei Zhang, Huiling Peng, Yaheng Geng, Junwei Li, Dr. Yunxiao Wang, Prof. Li Liu, Prof. Zhiqiang Zhu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202212666