复旦-晁栋梁团队︱Joule​：水辅助实现新型K-S电池

主要观点总结

本文介绍了一种新型K+-S水系电池，该电池利用水环境中短链多硫化钾的高反应动力学特性及还原产物K2S溶解度极限的控制，克服了有机K−S电池中的反应动力学障碍及传统水系硫固液反应限制。通过独特的固液固反应路径，实现了硫的高效稳定利用，主要意义包括发展了一类新型水系钾离子−硫电池体系，揭示了硫电极在水系环境下的储能机理，为可溶性电极材料的多电子反应开发利用提供了借鉴。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

由于丰富的资源储量和超高的理论比容量，硫具有成为下一代电极材料的巨大潜力。然而，有机电解液固有的安全问题和相对较差的动力学使得基于有机电解液的Li/Na/K-S电池的循环问题及实际安全性备受挑战。

关键观点2: 文章简介

近期，复旦大学晁栋梁教授团队在水系电池领域的最新研究成果。作者创新地开发了一种K+-S水系反应，利用水克服了传统有机钾硫电池中的动力学问题，实现了独特的固-液-固转变路径（S ↔ K2S4 ↔ K2S），快速且高度可逆的电化学反应。

关键观点3: 研究内容

该工作设计的K+-S水系电池CV曲线呈现两对氧还原峰，硫电极首次库伦效率也高达95%，可逆放电容量高达1619 mAh/g，硫利用率（SRU）96.8%。同时，该硫电极还具有非常优异的倍率性能，5 A/g下充放电容量仍可超过800 mAh/g。在与碱性锌负极配对后，基于硫正极的能量密度高达1190 Wh/kg。

关键观点4: 结论与展望

本文利用水环境中短链多硫化钾的高反应动力学特性及还原产物K2S溶解度极限的控制，构筑了一种新型K+-S水系反应。该电池主要意义包括发展了一类新型水系钾离子−硫电池体系，揭示了硫电极在水系环境下的储能机理，为可溶性电极材料的多电子反应开发利用提供了借鉴，为开发超高比容量和高能量密度水系电池提供了新的思路。

文章预览

本文由作者团队受邀供稿 ！  一、研究背景：   由于拥有着丰富的资源储量和超高的理论比容量（1672 mAh/g），硫具有成为下一代电极材料的巨大潜力。如图1A所示，研究者们已经开发出了众多采用有机电解液的硫基电池。有机电解液固有的安全问题和相对较差的动力学，使得基于有机电解液的Li/Na/K−S电池的循环问题及实际安全性备受挑战。钾、硫元素资源储量丰富（图1B），然而在有机钾硫电池体系中采用硫或多硫化物作为电极材料，尽管整个硫还原过程在热力学上是可行的，但从K 2 S 3 到K 2 S的固-固转换路径导致整个反应的动力学非常差，使得有机钾硫电池最终放电产物通常是K 2 S 3 ，其容量一般不超过557 mAh/g（ 图1C ），对应的硫利用率不超过33%。 水系电解液，本征不可燃且环保，可避免有机金属−硫电池的安全问题。更重要的是，与有机电 ………………………………