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具有高電導率和接近費米能級的合適載流子密度的拓撲半金屬因其受拓撲保護的表面狀態而成為電化學儲能的誘人候選材料。

香港城市大學支春義等報道了一種用于水系鋅離子電池(AZIBs)的拓撲半金屬Co₃Sn₂S₂正極，其具有接近1.5 V的明顯放電平臺。然后通過進一步引入少量Sn空位，提高了儲鋅能力。

圖1 材料結構及形貌表征

Sn空位會導致更多的Zn²⁺內置通道和活性位點，這可促進電荷存儲動力學（Zn²⁺擴散速率和電子轉移速率）并提高Zn²⁺存儲能力。活性位點的增加有助于增強電容行為。

Co₃Sn₂S₂正極在0.2 A g^-1時的比能量為394 Wh kg_-1（容量為343.8 mAh g^-1），在5 A g^-1時的比功率大于4900 W kg^-1。該電池在1 A g^-1下循環2970次后仍保持193.8 mAh g^-1的容量。

圖2 Zn//Co₃Sn_2-xS₂的電化學性能

此外，得益于Co₃Sn_1.8S₂和Zn_xCo₃Sn_1.8S₂在較低溫度下較好的導電性，制備的準固態Co₃Sn_1.8S₂//Zn電池即使在-30 °C下也能提供優異的倍率性能（126 mAh g^-1 at 0.6 A/g）和優異的循環穩定性，其在-10 °C和2 A/g下循環超過3000次后仍保持初始容量的85%。

這項工作通過利用拓撲保護的表面狀態、結合空位和協同受益，為設計新型電極材料提供了新的見解。

圖3 Zn//Co3Sn1.8S2電池的低溫性能

Vacancy Modulating Co3Sn2S2 Topological Semimetal for Aqueous Zinc-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202111826

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支春義Angew：用于水系鋅離子電池的拓撲半金屬Co3Sn2S2正極

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支春義Angew：用于水系鋅離子電池的拓撲半金屬Co3Sn2S2正極

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