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?南工大孫庚志/南航竇輝ACS Nano: 可回收粘土基電解質(zhì)的協(xié)同離子篩分和溶劑化調(diào)節(jié)用于穩(wěn)定鋅-碘電池

多碘化物的高溶解度和負(fù)極/電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性嚴(yán)重限制了可充電水性鋅-碘電池的實際應(yīng)用。

在此，南京工業(yè)大學(xué)孫庚志，南京航空航天大學(xué)竇輝等人開發(fā)了一種鋅離子基蒙脫土（ZMT）電解質(zhì)膜，用于協(xié)同離子篩分和溶劑化調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)高度穩(wěn)定的鋅-碘電池。具體而言，ZMT中豐富的M-O帶和特殊的陽離子選擇性傳輸通道局部定制了Zn²⁺周圍的溶劑化鞘層，因此實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)移數(shù)（t = 0.72），有利于Zn的均勻和可逆沉積/剝離。此外，利用原位表征技術(shù)證實了ZMT中的O原子與聚碘化物之間的強化學(xué)吸附是有效抑制副反應(yīng)的關(guān)鍵。

因此，基于 ZMT 的鋅-碘電池在 1 mA cm ^–2下可提供 0.45 mAh cm ^–2的高容量，在 10 mA cm^–2 下循環(huán) 13 500 次后，庫侖效率顯著提高至 99.5%，容量保持率高達(dá) 95%。此外，由于其高耐用性、化學(xué)惰性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，基于ZMT的電解質(zhì)膜可以回收并應(yīng)用于雙面軟包電池，在1 mA cm^–2下提供2.4 mAh cm ^–2的高面容量。

圖1. 鋅-碘電池中 ZMT 的功能性和改性機制

總之，該工作設(shè)計了一種基于 ZMT 的電解質(zhì)膜，有效地協(xié)同離子篩分和溶劑化調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)高穩(wěn)定性的鋅-碘電池。研究表明，ZMT 中豐富的 M-O 鍵和特殊的陽離子選擇性傳輸通道可局部調(diào)整 Zn²⁺周圍溶解鞘中的水分子數(shù)量，從而實現(xiàn)高轉(zhuǎn)移數(shù)（t = 0.72），導(dǎo)致 Zn 的均勻和可逆沉積/剝離。ZMT 中的 O 原子與聚碘化物之間的強化學(xué)吸附作用可有效抑制穿梭效應(yīng)并抑制副反應(yīng)。

因此，基于 ZMT-ZOFI 膜的電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。最重要的是，由回收的 ZMT 組裝而成的雙面軟包電池的面積容量可提高到 2.4 mAh cm^-2，即使在機械切割后也能保持正常工作。因此，該項工作為提高鋅鹵電池的穩(wěn)定性提供了一種可持續(xù)的策略。

圖2. 電池性能

Synergistic Ion Sieve and Solvation Regulation by Recyclable Clay-Based Electrolyte Membrane for Stable Zn-Iodine Battery, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08681

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