安大鹿可&北化工曹鹏飞&苏大宋斌团队：用于准固态锌硫电池的双功能硫催化载体

安徽大学鹿可、北京化工大学曹鹏飞和苏州大学宋斌教授合作提出了同时加速S还原和ZnS氧化的双功能催化硫基质，实现了高性能准固态锌硫电池。这种双向催化操纵硫氧化还原的方法为实现Zn-S电池的理论潜力提供了一个新的视角。

水系二次电池具有高安全性和环境友好性的本质，是大规模储能技术的理想选择。使用Zn²⁺作为电荷载体的锌金属电池由于其容量高、原材料丰富、价格低、氧化还原电位低等优点引起了科学家的兴趣。然而，锌离子与插入型阴极晶格之间的强静电相互作用使得其容量和循环稳定性不理想。因此，将基于转换化学的硫正极与锌金属负极耦合为实现先进的水铁电池提供了一个有希望的选择。但硫及其放电产物较低的离子/电子导率、ZnS高氧化势垒以及硫缓慢的氧化还原动力学阻碍了Zn-S电化学的进一步发展。

在本工作中，安徽大学鹿可、北京化工大学曹鹏飞和苏州大学宋斌教授等联合报道了一种同时加速硫还原和ZnS氧化的双功能电催化硫基质，以实现高性能准固态Zn-S电池（见下图）。研究表明，N杂原子更有利于促进S向ZnS的还原过程，而CoO纳米晶则大大降低了ZnS的再氧化能垒，从而抑制了歧化物种（如SO₄²⁻）的形成和非活性ZnS的积累。因此，所构建的复合硫正极可实现高达1172 mAh g⁻¹的容量，且在500次循环后容量保持率为71.6%，平均库仑效率高达97.8%。同时，准固态 Zn–S软包电池也实现了稳定的循环，能量密度达到了585 Wh kg_sulfur⁻¹。此外，分析表明Zn-S电池的降解主要归因于锌阳极的有限可逆性，而不是ZnS的分解和/或积累。双向催化操纵硫氧化还原的方法为实现Zn-S电池的理论潜力提供了一个新的视角。论文第一作者为安徽大学硕士研究生王明理和哈尔滨大学张红老师，通讯作者为鹿可、曹鹏飞和宋斌教授。

详见：Mingli Wang, Hong Zhang, Tianhang Ding, Fangjun Wu, Lin Fu, Bin Song*,Pengfei Cao* & Ke Lu*. Simultaneous acceleration of sulfur reduction and oxidation on bifunctional electrocatalytic electrodes for quasi-solid-state Zn–S batteries. Sci. China Chem. 67, 1531-1538 (2024). https://doi.org/10.1007/s11426-023-1956-7.

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【通讯作者简介】

鹿可 安徽大学物质科学与信息技术研究院教授，江苏省姑苏创业领军人才。2018年在山东大学获得博士学位(导师:马厚义教授)；2017年到2018年，在同济大学进行固态锂/钠电池项目博士联合培养(导师:黄云辉教授/罗巍教授)；2018年到2020年，在美国Northern Illinois University/Argonne National Laboratory从事博士后研究。在国内外高水平期刊上发表SCI论文80余篇。课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/look

曹鹏飞 北京化工大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，教育部重点实验室副主任，现任国产高水平期刊Supramolecular Materials和英国皇家化学会高分子材料顶刊RSC Applied polymers副主编，美国化学学会Macromolecules（高分子旗舰杂志）、美国材料学会MRS Communications和Scientific Reports编委。入职北化材料学院之前任美国能源部旗下橡树岭国家实验室正式研究员（永久岗位，独立PI）。以通讯作者或第一作者在国际主流期刊发表论文60余篇，撰写著作章节3部，获得授权国际发明专利9项。此外，还获得美国化学会2021年高分子杰出青年研究奖（ACS-PMSE Young-Investigator Award），2023年材料科学之星（ACS-Rising Star in Materials Science）。

宋斌 苏州大学FUNSOM助理研究员。2019年6月在苏州大学获得博士学位(导师:何耀教授)。以第一/通讯作者在国内外高水平学术期刊上发表研究论文20余篇。

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