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?哈工大黃燕/于淼A(chǔ)FM：循環(huán)23萬次！超穩(wěn)定高倍率水系Zn||I2電池！

高倍率耐受性和長循環(huán)壽命是市場對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的關(guān)鍵要求，也是開發(fā)可充水系電池的主要挑戰(zhàn)之一。

圖1.?材料合成及表征

哈爾濱工業(yè)大學(xué)黃燕、于淼等首次報(bào)告了一種以過渡金屬硼化物（MBene）為I₂宿主的水系Zn||I₂電池，該電池具有高倍率和超長的循環(huán)壽命。具體而言，這項(xiàng)工作成功合成了層狀的Mo_4/3B₂T₂ MBene（其中”T “表示-O、-OH和-F端接），并通過簡便的方法在MBene中引入了均勻的面內(nèi)有序金屬空位。

研究顯示，Mo_4/3B₂T₂的有序金屬空位不僅能調(diào)節(jié)骨架中的電分布，有利于極性碘離子的吸附，還能作為納米反應(yīng)器固定非極性碘物種。此外，Mo_4/3B₂T₂@I₂正極適當(dāng)?shù)碾娮訉?dǎo)電性能還能對(duì)絕緣的I₂進(jìn)行補(bǔ)救，以實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)證明了正極中I^–/I⁰的一步轉(zhuǎn)換，而不會(huì)產(chǎn)生I₃^–離子，密度泛函理論（DFT）計(jì)算也證實(shí)了這一點(diǎn)。

圖2.?Mo_4/3B₂T₂正極的電化學(xué)性能

因此，利用MBene作為I₂宿主，在25 A g^-1的條件下，經(jīng)過230000次循環(huán)后，放電容量達(dá)到106.8 mAh g^-1（每10000次循環(huán)的衰減率低至0.68%）；即使在高達(dá)100 A g^-1的電流條件下，放電容量也能達(dá)到80 mAh g^-1。在如此大的比電流下，電池的超長壽命和高容量以及高倍率耐受性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往報(bào)道過的所有水系Zn||I₂電池。

作為MBene在I₂正極的首次應(yīng)用，這項(xiàng)研究為大幅提高Zn||I₂電池的倍率性能和循環(huán)壽命開辟了一條新途徑，并可能為制備具有更高的耐用性和動(dòng)力學(xué)性能的其他鹵化物或硫電極電池提供新思路。

圖3.?Mo_4/3B₂T₂中的碘轉(zhuǎn)化機(jī)制

Ultralong Cycle Life and High Rate of Zn‖I2 Battery Enabled by MBene-Hosted I2 Cathode. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310294

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