Engineering Electrolyte Network Structure for Improved Kinetics and Dendrite Suppression in Zn‐S Batteries

枝晶(数学) 电解质 动力学 化学工程 材料科学 化学 电极 工程类 物理化学 物理 数学 几何学 量子力学
作者
Yinfeng Guo,Xiao‐Qing Zhu,Jia Zhang,Tao Zhang,Zilong Wang,Minghui Shan,Fei Wang,Changyong Cao,Guiyin Xu,Meifang Zhu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (12): e202422047-e202422047 被引量:32
标识
DOI:10.1002/anie.202422047
摘要

Abstract Aqueous zinc‐sulfur batteries (Zn−S) are promising alternatives to conventional lithium‐ion technology due to their high energy density, low cost, and enhanced safety. However, challenges such as slow redox kinetics of sulfur cathode conversion and inadequate anode stability persist. This study demonstrates that by tuning the electrolyte structure with the introduction of propylene glycol methyl ether (PM) as a co‐solvent and ZnI 2 as an electrolyte additive, and significant improvements at both electrodes could be achieved. Experimental and theoretical calculations reveal that the larger polar −OH and C−O−C electron‐donating groups in the PM molecule can donate electrons for the redox reaction of I − /I 3 − . Its role as a redox mediator improves the reversibility of the sulfur cathodic transformation. Additionally, the dipole moment induced by the hydroxyl groups in PM enhances electron transfer from the zinc anode to the electrolyte and promote the decomposition of anions (OTF − ), improving the interfacial stability of the zinc anode. The synergistic effect of PM and the I − /I 3 − redox mediator pair enables the zinc‐sulfur battery to deliver an impressive capacity of 1456 mAh g −1 and a high energy density of 471.8 Wh kg −1 at a current density of 0.2 A g −1 .
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