Active‐Site‐Switching in Medium‐Entropy Metal Sulfides for Wide‐Temperature High‐Power Zn‐Air Pouch Cells

电解质 材料科学 阴极 离子电导率 离子键合 化学工程 拉曼光谱 极化(电化学) 电导率 电极 纳米技术 无机化学 离子 化学 物理化学 光学 工程类 物理 有机化学
作者
Tengteng Gu,Xiaoqing Liu,Jiadong Shen,Linjie Zhang,Lei Shen,Liuzhang Ouyang,Min Zhu,Jun Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (26): e2503500-e2503500 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adma.202503500
摘要

Abstract Quasi‐solid‐state Zn‐air pouch cells (QZPCs) promise a high energy‐to‐cost ratio while ensuring inherent safety. However, addressing the challenges associated with exploring superior energy‐wise cathode catalysts along with their activity origin, and the super‐ionic electrolytes remains a fundamental task. Herein, the realistic high‐performance QZPCs are contrived, underpinned by a robust NiVFeCo medium‐entropy metal sulfides (MESs) bifunctional air cathode with a record‐low potential polarization of 0.523 V, paired with a sodium polyacrylate‐ionic liquid hydrogel exhibiting exceptional conductivity (234 mS cm −1 ) and water retention (93.8% at 7 days) at room temperature as the super‐ionic conductor electrolyte. Through combined studies of in situ Raman, ex situ X‐ray absorption fine structure analysis, and theoretic calculations, an intriguing adaptive active‐sites‐switching mechanism of the MESs cathode during discharging/charging processes is unveiled, revealing a dynamic role transition of Co and Ni active sites in the reversible oxygen electrocatalysis. Consequently, the persistent low cathode polarization and super ion‐conductive electrolyte endorse QZPCs an excellent rate performance from 1 to 100 mA cm −2 at room temperature. Moreover, an impressively high cell‐level energy density of 105 Wh kg cell −1 with an ultra‐long cycle lifespan of 4000 cycles at 5 mA cm −2 and a low temperature of −30 °C is achieved.
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