乔世璋AM：高可逆性硫负极用于先进水系电池

尽管硫（S）已经被广泛研究作为电池的正极，但它可以通过改变电解质中的电荷载体而作为低电位负极。

在此，阿德莱德大学乔世璋团队报道了一种高度可逆的S负极，它通过使用Na⁺作为电荷载体，在静态水系S-I₂电池中从S80完全转化为S^2-。该S负极具有-0.5 V的低电位(相对于标准氢电极)和接近理论容量1404 mA h g^-1。重要的是，与水介质中广泛使用的锌负极相比，它通过避免枝晶形成和H₂释放而显示出显著的优势。

为了抑制S和I₂电极面临的“穿梭效应”，该工作提出了一种可扩展的磺化聚砜(SPSF)膜，该膜在成本和环境友好性方面优于商业Nafion。由于其对多硫化物/碘化物的超高选择性，SPSF电池表现出优异的循环稳定性。即使在100%放电深度(DoD)下，该电池在500次循环后仍表现出高达87.6%的容量保持率，优于相同条件下容量为3.1%的Zn-I₂电池。

图1. 硫(S)负极的电化学和实际挑战，以及膜的合成和表征

总之，该工作提出了S作为一种很有前途的负极材料，并通过设计一种SPSF膜来证明其在S-I₂电池中的潜力，该膜有效地减少了多硫化物/碘化物交叉。组装的电池放电容量为1404 mA h g^-1，接近理论，优于N117和GF，分别表现为724和127 mA h g^-1。SPSF膜抑制多硫化物和多碘化物的有效性，在电极操作过程中通过紫外可见原位证实。

值得注意的是，基于SPSF的电池即使在创纪录的8 C(13.4 A g^-1)下也能保持稳定运行，每个循环的容量保持率达到99.95%。超大质量负载~37 mg cm^-2的软包电池具有高稳定性，200次循环容量保持率为84.9%。更重要的是强调了S负极相对于Zn负极的优越性。原位DEMS证实，S负极表现出明显高于HER的还原电位，而镀锌则容易引发不必要的气体释放。与金属锌负极相比，S负极具有100%的利用率和循环稳定性，有助于高能量密度输出。

图2.电池性能

High-reversibility Sulfur Anode for Advanced Aqueous Battery, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309038

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