从负极视角改性水系硫电

硫基正极具有高理论容量1675 mAh g^–1和低廉的价格，可以与锌、铁、铜、镍等多种金属负极匹配构建水系电池。然而低的硫利用率和较大的极化成为了阻碍性能发展的关键问题。通过大倍率充放电能提高硫正极的稳定性，但也会进一步加重倍率极化问题。目前所有的改性方案均集中于硫正极的电导率提高和在电解液中引入氧化还原介体（redox mediator）降低氧化还原电势，但大倍率下的负极的动力学竞争、腐蚀和极化问题也是不可忽视的锌硫电池失效原因。

为解决上述问题，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋（点击查看介绍）课题组利用酸辅助的浓度诱导策略实现了二维亲锌疏水纳米片的可控合成，其具有明显的双功作用：通过丰富的介孔亲锌位点加速Zn²⁺的传输；利用较小的介孔尺寸实现对溶剂化鞘的筛分作用，降低大倍率下自由水引发的动力学竞争。该负极界面可以与经过优化的硫基正极（S:Se:I₂）匹配，实现0.42 V的全电池极化和866 Wh kg^-1的能量密度（@1 A g^-1，基于活性物质）。并且，即使在8 A g^-1的大倍率下，该电池也可以稳定工作超过10,000次充放电，而对比电池则因负极失效止步于800次循环。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是阿德莱德大学的Jiahao Liu和Chao Ye博士。

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2D Mesoporous Zincophilic Sieve for High-Rate Sulfur-Based Aqueous Zinc Batteries

Jiahao Liu, Chao Ye, Han Wu, Mietek Jaroniec, and Shi-Zhang Qiao*

J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 5384–5392, DOI: 10.1021/jacs.2c13540

乔世璋教授介绍

乔世璋教授，现任澳大利亚阿德莱德大学化工与材料学院纳米技术首席教授，能源与催化材料中心(Centre for Materials in Energy and Catalysis)主任，主要从事新能源技术纳米材料领域的研究，包括电池、电催化、光催化等。作为通讯联系人，在 Nature、Nature Energy、Nature Synthesis、Nature Communications、Journal of American Chemical Society、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials 等国际顶级期刊发表学术论文超过490篇，引用超过10.6万次，h指数为167。乔世璋教授已获得多项重要奖励与荣誉，包括2021年南澳年度科学家奖、2017年澳大利亚研究理事会桂冠学者(ARC Australian Laureate Fellow)、2016年埃克森美孚奖、2013年美国化学学会能源与燃料部新兴研究者奖以及澳大利亚研究理事会杰出研究者奖(DORA)。乔教授是国际化学工程师学会会士、澳大利亚皇家化学会会士、英国皇家化学会会士等。同时，他担任国际刊物英国皇家化学会杂志EES Catalysis的主编和 Journal of Materials Chemistry A副主编，也是科睿唯安(Clarivate Analytics)/ 汤姆森路透(Thomson Reuters)化学、材料科学和环境与生态三个领域的高被引科学家(近十年有123篇高被引论文)

导师介绍

乔世璋

https://www.x-mol.com/university/faculty/29675