Offense‐Defense‐Balanced Strategy Escorting Tellurium Oxidation Conversion towards Energetic and Long‐Life Zn Batteries

硫族元素 水溶液 氧化还原 电解质 亲核细胞 离子 材料科学 过电位 催化作用 化学 电化学 电极 结晶学 物理化学 有机化学 冶金
作者
Jing Qi,Yongchao Tang,Zhenfeng Feng,Jianping Yan,Guigui Liu,Minghui Ye,Wencheng Du,Qi Yang,Yingjin Wei,Yufei Zhang,Zhipeng Wen,Xiaoqing Liu,Cheng Chao Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202303616
摘要

Abstract Among six‐electron Te conversion for energetic aqueous Zn batteries, the main capacity contributor, Te 0 /Te 4+ redox usually causes substantial battery capacity/life discount due to its sluggish kinetics/poor reversibility. Herein, for the first time, an offense‐defense‐balanced strategy to simultaneously address the deficiencies is reported. Beyond previous proton‐ or reductant‐regulated solutions, this strategy efficaciously reconciles the pending capacity‐lifespan conflict. As a proof of concept, additive‐level nucleophilic chlorine ions (Cl − ) and reductive glucose (Glu) in electrolytes are synergistically employed as “offensiver” and “defender” for Te 0 /Te 4+ conversion, respectively. The Cl − /Glu co‐additive well inherits the nucleophilic motivation effect of Cl − on Te 0 /Te 4+ conversion, and eliminates the formation of Cl − ‐induced diffluent metastable phase (γ‐TeO 2 ), enabling a deep and highly reversible Te 0 /Te 4+ redox. Compared with co‐additive‐free electrolytes, the activation energy for Te conversion is lowered (61.4 vs. 52.8 kJ mol −1 ), and the shuttle of active materials is effectively inhibited. Consequently, Zn‖Te batteries deliver a volumetric capacity of approximately theoretical value (2409 mAh cm −3 ) at 0.2 A g −1 , and a 15∼30‐fold longer lifespan than those in conventional electrolytes (over 5000 cycles with a decay of only 0.15‰ per cycle at 4 A g −1 ). This work opens a new avenue to develop other chalcogen conversion‐based aqueous Zn batteries.
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