Hetero-Chalcogen Chemistry Enables Reversible Six-Electron Redox for an Energetic Tellurium Aqueous Battery

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作者
Ningyu Wu,Hongrun Jin,Zhoudong Yang,Boya Wang,Jinchi Li,Jiazhuang Tian,Hongyi Li,Zeyu Wang,Shixiang Ding,Xinran Li,Tengsheng Zhang,Fanxing Bu,Dongyuan Zhao,Wanhai Zhou,Dongliang Chao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (10): 8736-8745
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c21722
摘要

Tellurium (Te)-based redox chemistries are attractive for high-energy aqueous batteries due to their multielectron transfer and high theoretical capacity, but their available capacities are hindered by the high oxidation energy barrier of Te. Here, we propose a heterochalcogen strategy by introducing electronegative Se to regulate the electronic structure of Te. Combined in situ characterizations, synchrotron spectroscopy, and theoretical simulation reveal the formation of Te 2+ intermediates and the charge redistribution via Se doping, facilitating the complete six-electron K 2 Te 4 O 9 ↔ K 2 Te conversion. As a result, the optimized Se-doped Te electrodes deliver a high reversible capacity of 1186 mAh g –1 with an exceptional Te utilization rate of 98.6%, unprecedented rate performance of 688 mAh g –1 at 6 A g –1, and stable cycling over 500 cycles. This work demonstrates the effectiveness of heterochalcogen engineering in overcoming intrinsic limitation of Te-based chemistry and highlights a promising pathway to unlock multielectron chalcogen chemistry for the development of next-generation high-energy aqueous batteries.
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