A Tellurium‐Boosted High‐Areal‐Capacity Zinc‐Sulfur Battery

过电位 阴极 电池(电) 氧化还原 电化学 掺杂剂 电解质 化学工程 储能 材料科学 化学 纳米技术 冶金 电极 光电子学 兴奋剂 物理 功率(物理) 量子力学 物理化学 工程类
作者
Yue Zhang,Amardeep Amardeep,Zhenrui Wu,Li Tao,Jia Xu,Donald J. Freschi,Jian Liu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (23): e2308580-e2308580 被引量:37
标识
DOI:10.1002/advs.202308580
摘要

Abstract Aqueous rechargeable zinc‐sulfur (Zn‐S) batteries are a promising, cost‐effective, and high‐capacity energy storage technology. Still, they are challenged by the poor reversibility of S cathodes, sluggish redox kinetics, low S utilization, and unsatisfactory areal capacity. This work develops a facile strategy to achieve an appealing high‐areal‐capacity (above 5 mAh cm −2 ) Zn‐S battery by molecular‐level regulation between S and high‐electrical‐conductivity tellurium (Te). The incorporation of Te as a dopant allows for manipulation of the Zn‐S electrochemistry, resulting in accelerated redox conversion, and enhanced S utilization. Meanwhile, accompanied by the S‐ZnS conversion, Te is converted to zinc telluride during the discharge process, as revealed by ex‐situ characterizations. This additional redox reaction contributes to the S cathode's total excellent discharge capacity. With this unique cathode structure design, the carbon‐confined TeS cathode (denoted as Te 1 S 7 /C) delivers a high reversible capacity of 1335.0 mAh g −1 at 0.1 A g −1 with a mass loading of 4.22 mg cm −2 , corresponding to a remarkable areal capacity of 5.64 mAh cm −2 . Notably, a hybrid electrolyte design uplifts discharge plateau, reduces overpotential, suppresses Zn dendrites growth, and extends the calendar life of Zn‐Te 1 S 7 batteries. This study provides a rational S cathode structure to realize high‐capacity Zn‐S batteries for practical applications.
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