武大&华科《AFM》：S与Se协同效应增强水系锌金属电池性能！

来自武汉大学汪的华，华中科技大学蒋凯团队提出并系统研究了三种硒硫固溶体及其复合物(SeS₁₄@3D-NPCF、SeS_5.76@3D-NPCF和SeS_2.46@3D-NPCF)。由于硒的引入及其与硫的协同效应，它们的物理和电化学性质受到影响。特别是，通过优化这些复合材料中的硒含量，SeS_5.76@3D-NPCF显示出1222 mAh/g的容量和0.71V(0.2A/g)的稳定电压，达到867.6 Wh/kg(基于SeS_5.76)的超高能量密度，5A/g时713 mAh/g的卓越额定容量，以及500次循环后75%容量保持率的稳定循环。此外，锌的储存动力学由放电过程决定，在此过程中Se_5.76@3D-NPCF转化为硒化锌和硫化锌。更重要的是，理论计算表明Se可以调整S的电子密度分布、能带结构和反应能，从而提高其导电性和反应性，进而促进与Zn的电化学反应。这项工作探索了高性能转换负极材料的水锌金属电池，并提出了一个高效策略用以改变其内在性质。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101237

图1|a)光学照片，b)电导率，c)XRD。

图2|a–c)GITT曲线和d–f)Zn²⁺离子的扩散系数

图3|充放电曲线

图4|a–c)额定容量，d–f)充电和放电深度。

图5|a)SeS_5.76 @ 3d-NPCF在不同充放电状态下的XRD图谱。

总之，本文首次研究了三种硒-硫复合材料SeS₁₄@3D-NPCF、SeS_5.76@3D-NPCF和SeS_2.46@3D-NPCF在含水锌金属电池中的电化学行为。由于硒的引入及其与硫的协同效应，其物理和电化学性能得到了提高。随着硒含量的增加，可逆容量和能量密度均降低，而平均放电电位几乎保持不变。其中，SeS_5.76@3D-NPCF显示出最佳性能，实现了高容量和能量密度、出色的额定容量和稳定的循环性。本研究表明，硒化氧可作为高性能转化型负极用于锌水电池。（文：SSC）