A Bi‐Directional Redox Mediator for High‐Capacity Rechargeable Aqueous Zn─S Batteries

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作者
Sibo Wang,Yang Zhang,Wanlong Wu,Quanwei Jiang,Hua‐Yu Shi,Xiaoqi Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.75138
摘要

ABSTRACT Aqueous Zn─S batteries are promising energy storage systems with high theoretical capacity and low cost. However, the direct conversion between S and ZnS at the cathode suffers extremely sluggish reaction kinetics, which further decay rapidly upon the increase of current density and active material loading. Facing these challenges, we herein present a bi‐directional redox mediator strategy and identify a self‐adjusted Cu‐based candidate. It possesses two redox couples whose potentials are on either side of the thermodynamic redox potential of S/ZnS reaction while between its kinetic oxidation and reduction potentials. These alignments enable the bi‐directional mediator to catalyze the charge and discharge processes using either redox couple, respectively. As a result, the sulfur cathode reaches a high capacity of 1629 mAh g −1 at 0.1 A g −1 . It also maintains 880 mAh g −1 after 500 cycles at 1 A g −1 , superior to rapid decay to 148 mAh g −1 after only 28 cycles with the mediator free cathode. Furthermore, with a high sulfur loading of 7.3 mg cm −2 and lean electrolyte of 7 µL mg S −1 , the Zn─S battery achieves a high areal capacity over 10 mAh cm −2 .
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