双电极协同电解质技术实现水基锌碘电池中高度可逆的多电子氧化还原反应

《Advanced Materials》：Dual-Electrode Synergistic Electrolyte Enabling Highly Reversible Multi-Electron Redox in Aqueous Zinc-Iodine Batteries

多电子转换、协同电解质、卤素协同效应、Zn沉积调控、长循环稳定性

　　

摘要

多电子氧化还原策略为提高水基锌-碘（Zn-I₂）电池的能量密度提供了有前景的方法，但其发展受到不稳定中间体、缓慢的氧化还原动力学以及较差的可逆性的限制，尤其是在低电流密度下。本文采用1-戊基-3-甲基咪唑溴盐（[PeMIM]⁺Br^?）开发了一种双电极协同电解质（DESA-E），该电解质能够实现Zn-I₂电池的多电子转化，具有高比容量和长期的循环稳定性。DESA-E中的Br^?促进了双卤素协同作用，加速了I^?/I⁰/I⁺四电子转化的动力学过程，并激活了Br^?/Br⁰的氧化还原反应，从而实现了超高的比容量。同时，疏水性的[PeMIM]⁺烷基链稳定了卤素中间体，抑制了I⁺的水解，并通过静电作用引导锌在（002）晶面上的沉积。结果表明，使用DESA-E的Zn-I₂电池在0.5 A g^?1的电流密度下经过500次循环后，比容量仍可达557 mA h g^?1，平均库仑效率为99.97%；而在8 A g^?1的电流密度下经过60,000次循环后，电池的容量损失率仅为0.00055%。这项工作提出了一种简便且成本效益高的电解质设计方法，可用于制造具有高能量密度特性的耐用多电子Zn-I₂电池。

利益冲突

作者声明没有利益冲突