湖南大学张明等:锌碘电池中磺酸功能化的一石二鸟策略——碘限制器和均匀镀锌引导层

文摘   科学   2024-07-23 09:40   北京  

锌碘水电池(Zn-I2作为一种新兴的氧化还原转化储能系统以其低成本和高安全性引起了广泛的研究兴趣。然而,氧化还原转化不完全导致的多碘化物穿梭效应,以及锌阳极表面锌镀层的不均匀性,始终阻碍着锌碘电池的商业应用

近日,湖南大学张明教授等人Science China Materials发表研究论文,报道了一种针对长寿命Zn-I2电池的“一石二鸟”策略,即碘限制器和均匀镀锌引导层

本文要点
1) 根据这一策略,磺酸功能化碳纤维不仅可以作为出色的碘限制器抑制碘物种的穿梭,还可以作为锌阳极表面的均匀镀锌引导层防止Zn2+的不均匀沉积。
2) 所组装的Zn-I2电池具有出色的循环稳定性,在5 A g−1条件下循环10,000次后,容量为124 mAh g−1
3) 理论计算表明,磺酸基团成功地诱导了碳基底上的电荷再分布,从而加强了碘物种与碳基底的电子相互作用。电荷富集的磺酸基团可通过与Zn2+的强烈库仑效应引导Zn2+均匀沉积。
这项研究为可充电电池阴极和阳极的一体化设计提供了新的视角。
Figure 1. Schematic diagram of the mechanism of the two-birds-with-one-stone strategy.
Figure 2. Characterization of sulfonate-functionalized carbon fibers. (a) Scanning electron microscope (SEM) image; (b) TEM image; and (c) HRTEM image of SO3H-150. (d) FT-IR spectra of carbon fibers with different sulfonate group contents. (e) Local high-resolution image of the FT-IR spectra. (f) EDS mappings of SO3H-150.
Figure 3. (a) Performance comparison of SO3H-150/I2 and NCNF/I2 for the first 400 cycles at 3 A g−1. (b) Cycling performance at 0.5 A g−1; (c) rate performance; (d) cycling performance at 3 A g−1 of three sulfonate-functionalized carbon fiber electrodes. (e) CV curves at a scan rate of 0.1 mV s−1; (f) EIS Nyquist plots; (g) bode plots of SO3H-150/I2 and NCNF/I2.
Figure 4. (a) Digital photos for the adsorption experiments of NCNF and SO3H-150 in Zn(I3)2 solution. (b) The corresponding UV-vis spectra after 48 h. (c) Adsorption energies and (d) differential charge densities of I2, I3, and I5 adsorbed on NCNF and SO3H-150. (e) Charge distribution in NCNF. (f) Top view and (g) side view of the charge distribution in SO3H-150.

文章信息




Wentao Qu, Chenyu Wen, Baohui Chen, Yong Cai, Ming ZhangSulfonate-functionalization in Zn-iodine batteries as one stone kills two birds: iodine limiter and uniform Zn plating guidance layer. Sci. China Mater. (2024).

https://doi.org/10.1007/s40843-024-2971-y


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