外尔半金属（WSM）具有较高的电导率和费米能级附近合适的载流子密度，由于其拓扑表面态（TSSs），因此成为用于水系锌离子电池（AZIBs）的候选材料。

近日，香港城市大学支春义教授报道了首次将WSM Co₃Sn_2-xS₂（x=0，0.2和0.4）作为基于“盐包水”电解液中的AZIB正极。

文章要点

1）Co₃Sn₂S₂//Zn电池表现出位于1.70/1.43 V的一对氧化还原，当引入Sn-空位时，Sn²⁺被激活，Co₃Sn_1.8S₂提供额外的氧化还原过程（Sn⁴⁺/Sn²⁺）。活性位点的数量显著增加，有助于电容过程。

2）原位X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和非原位X射线光电子能谱（XPS）测试证实，在Zn²⁺剥离/嵌入到间隙Sn空位中时，Sn²⁺和Sn⁴⁺之间发生了电化学转变。此外，Co₃Sn_2-xS₂的低温电子顺磁共振（EPR）测试和正电子寿命谱突出了Sn-空位浓度的差异。同时，恒电流间歇滴定技术（GITT）表明，适量引入Sn空位有助于提高Zn²⁺的扩散速率。

3）得益于Co₃Sn_1.8S₂和Zn_xCo₃Sn_1.8S₂在较低温度下具有更出色的导电性，Co₃Sn_1.8S₂//Zn电池具有出色的低温倍率能力和循环稳定性。准固态Co₃Sn_1.8S₂//Zn电池在-30 °C时的容量为126 mAh g^-1（0.6 A g^-1），在-10 °C下的循环稳定性为3000次（2 A g^-1），容量保持率为85%。

这项工作通过利用TSSs，结合空位和协同作用为设计电极提供了见解。

参考文献

Yuwei Zhao, et al, Vacancy Modulating Co₃Sn₂S₂ Topological Semimetal for Aqueous Zinc-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202111826

https://doi.org/10.1002/anie.202111826