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東北師大JACS：Janus粘合劑化學同步增強碘吸附和氧化還原動力學實現可持續水性 Zn-I2電池

目前，儲能技術創新的研究重點已逐漸轉向兼具高性能和可持續性的下一代水系電池。然而，水系Zn–I₂電池因其成本效益和環保特性而被認為新一代儲能候選者。然而，在電池循環過程中，多碘化物嚴重的穿梭效應阻礙了它們的商業應用。

在此，東北師范大學吳興隆、曹峻鳴等人設計并制備了一種基于殼聚糖(CTS)分子的Janus功能粘結劑。研究表明，極性末端基團賦予混合粘合劑優良的機械性;同時，其對I₂的物理吸附動力學和氧化還原動力學也有增強作用。

結果顯示，該粘結劑可高效緩解多碘化物的穿梭效應，CTS電池表現出卓越的電化學存儲能力。在電流密度為0.2 mA g^-1的條件下1500次循環后，該電池仍具有144.1 mAh g^-1的高容量。此外，靜置24 h后，其庫侖效率可保持在98.8%。更重要的是，CTS分子具有良好的生物降解性和可重復利用性;在碘離子重新加載后，再生裝置的容量可達73.3 mAh g^-1且可循環1000次以上。

圖1. Janus功能粘結劑的制備流程

總之，該工作開發了一種基于CTS的低成本、多功能水性粘合劑，并將其用于制備高質量的碘正極。由于 CTS 優異的成膜性能，該粘合劑能夠實現穩定且均勻分散的碘負載。此外，多重氫鍵網絡為CTS粘合劑提供了良好的機械性能以承受電極膨脹效應，并且其具有豐富極性官能團的CTS雙螺旋結構促進了碘的物理和化學吸附以及氧化還原動力學。

這使得 ZIB 能夠表現出高容量和循環穩定性（在 0.2 A g^-1下循環 1500 次后，容量仍為 144.1 mAh g^-1）。更獨特的是，CTS可降解、可回收，實現了ZIB的可持續發展。因此，該工作首次嘗試從粘合劑的角度克服ZIBs的穿梭效應，為未來提高ZIBs的性能提供了新的思路。

圖2. 電極結構及電池性能

Janus Binder Chemistry for Synchronous Enhancement of Iodine Species Adsorption and Redox Kinetics toward Sustainable Aqueous Zn–I2 Batteries，Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c12638

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