可充多价离子电池凭借高能量密度和低成本等潜在优势而吸引了诸多关注。然而，多价金属基可充电池的发展由于缺乏能够实现多电子反应的合适正极材料二受到严重阻碍。经典正极材料中的阳离子氧化还原中心只能提供逐步的电荷转移过程，这不太适合于多价金属离子的存储。有鉴于此，德国亥姆霍兹电化学储能研究所的Zhenyou Li和Zhirong Zhao-Karger等将嵌入式正极材料中的阴离子氧化还原反应成功激活从而实现了多电子转移过程。
本文要点
1) 研究人员将VS4用作嵌入式正极模型材料，在使用新型硼酸酯电解液的可充金属镁电池和可充金属钙电池体系中发现该材料表现出阴离子氧化还原的活性。该正极材料在两种电池中在100mA/g的电流密度下的放电比容量均高于300mAh/g，对应的能量密度分别高于300Wh/kg和500Wh/kg。
2) 研究人员发现该材料不仅具有很高的放电比容量，而且VS4晶体中具有的柔性准一维分子结构和硫化物的化学软度等十分有利于多价金属离子在晶格中的扩散迁移。此外，VS4还是一种带隙宽度仅有1.0eV的半导体材料，这种性质对于电化学反应中的电荷转移十分有利。
3) 研究人员利用多种实验手段和理论计算证实了VS4确实能够发生阴离子氧化还原过程。这种阴离子反应与传统阳离子氧化还原大不相同，其动力学不仅明显增强而且能够实现可逆的多电子反应，这为多价金属离子电池追求高能量密度扫清了障碍。
Zhenyou Li et al, Multi‐electron reactions enabled by anion‐participated redox chemistry for high‐energy multivalent rechargeable batteries， Angewandte Chemie International Edition, 2020
DOI: 10.1002/anie.202002560
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002560