一本道

近日，我院化学系宋禹副教授团队在水系锌硫电池研究中取得重要突破，相关成果以“Cosolvent Electrolyte Design for High-Voltage Aqueous Zinc−Sulfur Batteries”为题，发表于美国化学会旗舰期刊、化学学科顶刊J. Am. Chem. Soc.。一本道 博士研究生黑鹏、2022级硕士研究生赛雅为本文第一作者，一本道 为第一完成单位。

水系锌-硫电池具备高安全、低成本、高容量（理论容量>1600 mAh g^-1）等特点，在大规模储能领域极具应用潜力。然而，由于硫的导电性差、电池固-固反应动力学缓慢，电解液中的水分子易分解，导致电池放电电压低、循环稳定性差，阻碍其实际应用。为解决这些问题，研究团队采用共溶剂策略，调控锌离子在电解液中的溶剂化结构，促进溶剂化锌离子与硫正极间相互作用，进而加速硫正极的还原反应动力学。本文首先以N,N-二乙基甲酰胺（DEF）作为共溶剂研究模型，形成[Zn(H₂O)₅DEF]²⁺溶剂化结构加速硫电极-电解液界面反应动力学。此外，由于DEF的强给电子效应，增强了硫电极的固有电子导电性。DEF提供的电子占据硫原子的反键轨道，增加其电子云密度并引发原子间静电排斥，削弱S-S键相互作用，从而促进硫快速转化为ZnS。所组装的锌-硫电池实现了0.8 V的稳定放电平台以及1583 mAh·g^-1的高比容量，经过2000次循环后容量保持率为85%。组装了Ah级软包电池，成功进行概念验证，电池性能优于以往文献报道的水系锌硫电池。同时，团队结合机器学习与电化学性能测试结果，对18种有机共溶剂进行研究。首次提出供体数（DN）和最高占据分子轨道（HOMO）能级是预测电池性能的关键描述符。借助此描述符，可快速筛选高性能水系锌硫电池共溶剂，显著提高研发效率。

发展高性能水系电池是材料、化学领域的学科前沿，本工作提出共溶剂策略，为高性能水系锌硫电池电解液设计提供有效工具。一本道 分析测试中心和一本道 化学实验中心仪器共享平台为本工作实验数据采集提供重要帮助。

      供稿：宋禹