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

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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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