全球对可持续且具有成本效益的储能解决方案的需求不断增长，推动了锌电池的快速发展。尽管近年来取得了重大进展，但提高锌电池的能量密度仍然是一个重要的研究重点。一种普遍的策略涉及开发高容量和/或高电压阴极材料。 CuS是一种常用的电极材料，具有双电子转移机制；然而，还原的硫离子缺乏电化学活性，从而限制了其放电容量和氧化还原电位。

近日，香港城市大学Chunyi Zhi，南方科技大学Hongfei Li，深圳大学Zhuoxin Liu开发了一种使用基于 DES 的电解质激活 CuS 电极的有效策略，将 Zn−CuS 电池重构为高度可逆的四电子 Zn−Cu²⁺&S 电池。

文章要点

1）四电子转移机制在中等电位下充分释放了S元素的电化学活性，使所得电池具有大容量和高电压。具体而言，在充电过程中，ZL-DES·5H₂O电解液为铜物质（Cu → Cu₂S → CuCl₂⁻ → CuCl₄ ²⁻）和硫物质（ZnS → S_n²⁻ → S，n ≥ 4）提供了新的氧化途径，导致形成高价 Cu²⁺&S 化合物。 Cl⁻的高配位效应对于稳定Cu⁺中间体至关重要，并且涉及液相的反应途径改善了反应动力学。

2）采用带有ZL-DES·5H₂O电解液的Cu²⁺&S电极，在0.2 A g⁻¹下实现了接近800 mAh g⁻¹的大容量，并且放电电压平台显着从0.55 V提升至1.58 V，有助于实现高容量。 162.5 W kg⁻¹ 时的能量密度为 650 Wh kg⁻¹，8424 W kg⁻¹ 时的能量密度为 278 Wh kg−1（基于 CuS）。此外，即使在软包电池中的高质量负载下也可以实现CuS电极的激活，进一步证实了该策略的实用性。此外，在电池制造过程中不需要复杂的合成过程或昂贵的离子交换膜；因此，本工作开发的锌电池表现出良好的成本效率，有望大规模应用。

参考文献

Shizhen Li, et al, A High-Energy Four-Electron Zinc Battery Enabled by Evoking Full Electrochemical Activity in Copper Sulfide Electrode, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c05850

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05850