Achieving a Highly Reversible Four‐electron Redox of S/Cu2S for Aqueous Zn/S‐Cu Battery

氧化还原 水溶液 化学 电池(电) 电化学 无机化学 电子 电极 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Yunsheng Zhang,Meng Yao,Jing Peng,Yucheng Fu,Weichao Wang,Yun Zhang,Qinzhi Lai,Qian Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202501205
摘要

The combination of sulfur (S) cathode with Cu2+/Cu+ redox carriers has been considered as a promising cathode for the next‐generation aqueous energy storage device due to the high specific capacity (two‐step four‐electron conversion), intrinsic safety, and low cost. Nevertheless, the unsatisfactory cycling stability of Sulfur‐Copper (S‐Cu) cathode hinders its practical application. Herein, the two‐step four‐electron conversions are firstly decoupled in our study, identifying the inferior conversion reversibility between the charging intermedia CuS and the final product S as the primary cause for deteriorate cycling capability. Concerning the different hydrated dimensions of the Cu(H2O)62+ and Cu(H2O)2+, the strategy of "spatial confinement" is proposed to alter the oxidation path of Cu2S and prevent the formation of the intermedia CuS. To ensure the efficient S incorporation into the spatially confined carbon matrix, chalcogen element selenium (Se) is employed to "cut" the S8 into short‐chain molecules. Consequently, the well‐designed S‐Cu cathode achieves one‐step four‐electron reaction and exhibits superior electrochemical stability with an average capacity attenuation of 0.034% during 700 cycles. Our study provides an in‐depth understanding of the conversion mechanism for the S‐Cu cathode within the spatial‐confinement environment, and renders valuable insights for developing advanced conversion‐type cathodes in aqueous energy‐storage device.
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