A Low Cost Aqueous Zn–S Battery Realizing Ultrahigh Energy Density

水溶液 能量密度 材料科学 电池(电) 化学 工程物理 量子力学 物理 物理化学 功率(物理)
作者
Wei Li,Kangli Wang,Kai Jiang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:7 (23): 2000761-2000761 被引量:230
标识
DOI:10.1002/advs.202000761
摘要

Abstract Rechargeable aqueous zinc ion batteries are enabled by the (de)intercalation chemistry, but bottlenecked by the limited energy density due to the low capacity of cathodes. In this work, carbon nanotubes supported 50 wt% sulfur (denoted as S@CNTs‐50), as a conversional cathode, is employed and a high energy density aqueous zinc–sulfur (Zn–S) battery is constructed . In the electrolyte of 1 m Zn(CH 3 COO) 2 (pH = 6.5) with 0.05 wt% I 2 additive where I 2 can serve as medium of Zn 2+ ions to reduce the voltage hysteresis of S@CNTs‐50 and stabilize Zn stripping/plating, S@CNTs‐50 delivers a high capacity of 1105 mAh g −1 with a flat discharge voltage of 0.5 V, realizing an energy density of 502 Wh kg −1 based on sulfur, which is one of the highest values reported in aqueous Zn‐based batteries that use mild electrolyte. Moreover, the chemical materials cost of this aqueous Zn–S battery can be lowered to be $45 kWh −1 due to the cheap raw materials, reaching to the level of pumped energy storage. Ex situ X‐ray diffraction, Raman spectra, X‐ray photoelectron spectrum, and transmission electron microscopy measurements reveal that sulfur cathode undergoes a conversion reaction between S and ZnS.
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