Interface Chemistry and Reaction Pathway Regulation for Boosted Redox Kinetics in Aqueous Zn–S Batteries

过电位 化学 氧化还原 水溶液 阴极 阳极 化学工程 电解质 四甲基脲 电极 动力学 电池(电) 无机化学 电化学 储能 化学动力学 降级(电信) 相间 反应机理
作者
Sibo Wang,Chen Li,Wanlong Wu,Guoli Zhang,Razium Ali Soomro,Wenchao Fu,Xiaoqi Sun,Bin Xu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (4): e13155-e13155 被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.202513155
摘要

Abstract Aqueous Zn–S batteries are promising candidates for large‐scale energy storage applications due to their high specific capacity and energy density. However, their performance is extremely plagued by the sluggish redox kinetics. Here, an interface chemistry regulator is proposed for both electrodes to facilitate reaction kinetics and promote stability. The tetramethylurea (TTMU) is selected as the electrolyte additive. It first preferentially adsorbs on the sulfur cathode surface and coordinates to Zn 2+ , thereby altering their reaction pathway. This reduces the energy barrier and promotes uniform ZnS nucleation, which accelerates reaction kinetics. At the same time, the additive induces an effective solid‐electrolyte interphase on the anode and enhances the reversibility and stability of Zn plating/stripping. With the help of 10% TTMU additive, the Zn–S battery delivers a high capacity of 1620 mAh g −1 with a low overpotential of 0.37 V at 0.1 A g −1 , which is superior to 1138 mAh g −1 /0.65 V in the benchmark Zn(OAc) 2 /ZnI 2 electrolyte. With the increase of current density to 5 A g −1 , the additive also significantly enhances the capacity from 48 to 913 mAh g −1 . Promoted cycling stabilities are further achieved for both Zn electrode and Zn–S cells in the TTMU containing electrolyte.
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