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?華東師大劉少華EES：四電子轉(zhuǎn)換能力的三元水合共晶電解質(zhì)助力先進(jìn)Zn-I2全電池

目前，基于單一轉(zhuǎn)化反應(yīng)（I₂/I^?）的Zn-I₂電池的能量密度和輸出電壓仍不夠理想，從而嚴(yán)重阻礙了其快速發(fā)展。

在此，華東師范大學(xué)劉少華教授團(tuán)隊提出了一種新穎的電解質(zhì)設(shè)計策略，將低成本的水合鹽和無害的中性配體（二甲基砜和煙酰胺）進(jìn)行簡單的配方混合。由此產(chǎn)生的三元水合共晶電解質(zhì)可實現(xiàn) 2I^–/I₂/2I⁺氧化還原偶的四電子轉(zhuǎn)換和鋅的均勻沉積，從而實現(xiàn)幾乎創(chuàng)紀(jì)錄的 Zn-I₂全電池性能。

圖2. ZTEs 和 ZW 電解質(zhì)中 Zn/Zn²⁺的沉積/剝離電化學(xué)性能

總之，該工作通過對成本低廉的鋅基水合鹽和無害的中性配體（二甲基砜和煙酰胺）進(jìn)行簡便的配方調(diào)整，開發(fā)出了一種新型的鋅離子三元水合共晶電解質(zhì)。研究結(jié)果顯示，Zn²⁺ 和吡啶/S=O 基團(tuán)之間強(qiáng)烈的離子-偶極相互作用引發(fā)了深共晶效應(yīng)。優(yōu)化后的 ZTE 可實現(xiàn) 2I^–/I₂/2I⁺ 氧化還原偶的高度可逆轉(zhuǎn)換，并伴隨著四電子轉(zhuǎn)移，形成穩(wěn)定的 [I(NA)₂]⁺ 成分，從而使傳統(tǒng)碘電池的比容量翻倍，并提高了先進(jìn) Zn-I₂ 電池的能量密度。

此外，中性配體的親鋅效應(yīng)和 Zn²⁺ 的獨(dú)特溶劑化鞘結(jié)構(gòu)與 H₂O 的氫鍵鎖定，有利于均勻沉積和抑制鋅負(fù)極的腐蝕和鈍化。這些獨(dú)特的優(yōu)點賦予了 Zn-I₂ 全電池高容量（0.5 A g^-1 時為 412 mAh g^-1）、優(yōu)異的速率性能和出色的安全性。此外，ZTEs電池的低成本和環(huán)保特性使其在大規(guī)模應(yīng)用方面具有優(yōu)勢和巨大潛力。由此可見，這些發(fā)現(xiàn)為高能量密度 Zn-I₂ 電池開辟了新方向。

圖2. Zn負(fù)極結(jié)晶重新定向的調(diào)節(jié)功能和機(jī)制

Designing Ternary Hydrated Eutectic Electrolyte Capable of Four-Electron Conversion for Advanced Zn-I2 Full Batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01567j

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