Decoding Multi‐Electron Redox Pathways in Carbon‐Free Iron Selenide Cathodes: Enabling Energy‐Dense All‐Solid‐State Lithium Batteries Across Extreme Temperatures

材料科学 氧化还原 硒化物 锂(药物) 阴极 碳纤维 电解质 硫族元素 硫化物 化学工程 电极 冶金 物理化学 结晶学 化学 内分泌学 工程类 复合数 复合材料 医学
作者
Qingyu Li,Shuxian Zhang,Renbo Liu,Xiaobo Jiang,Shijian Xiong,Yuanchang Shi,Zhiwei Zhang,Chengxiang Wang,Peng Xiao,Yuanwei Sun,Longwei Yin,Rutao Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (47): e11693-e11693 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202511693
摘要

Abstract Conversion‐type iron chalcogen cathodes, characterized by the multi‐electron redox reaction and cost‐effectiveness, represent an alternative pathway for next‐generation all‐solid‐state lithium batteries (ASSLBs). In this study, α‐FeSe as a cathode is identified that operates stably through a Fe 2+ /Fe 0 redox reaction in a sulfide solid‐state system at 30 ° C, without the need for any carbon additives. This carbon‐free α‐FeSe cathode exhibits rapid Li + /e − transfer properties and limited volume change, thus yielding high reversible capacity (564.6 mAh g −1 ), long‐term cycling stability (80.3% capacity retention after 800 cycles), high areal loadings (≈26 mg cm −2 ), and wide‐temperature operability (−20–150 °C). Apart from Fe 2+ /Fe 0 redox reaction, extended cycling or elevated temperature induces partial electrolyte decomposition to generate S‐containing species while triggering a complementary S/S 2 − redox process. This dual mechanism enables exceptional cyclability (>6000 cycles at 60 °C) and a near‐doubled specific capacity of 956 mAh g −1 at 120 ° C. Thereby, as‐fabricated ASSLBs deliver the ultrahigh energy densities (515.3 Wh kg −1 /1874.6 Wh L −1 at 30 ° C, 1568 Wh kg −1 /8310 Wh L −1 at 120 ° C), demonstrating the great potential of using iron selenides as the next‐generation cathode for practical applications of ASSLBs.
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