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第一作者：Han Wu, Junnan Hao, Shaojian Zhang

通訊作者：喬世璋

通訊單位：澳大利亞阿德萊德大學(xué)

喬世璋，材料科學(xué)家，澳大利亞科學(xué)院院士，英國皇家化學(xué)會會士，澳大利亞皇家化學(xué)會會士，英國化學(xué)工程師協(xié)會會士，澳大利亞阿德萊德大學(xué)化工學(xué)院納米技術(shù)首席教授，澳大利亞昆士蘭大學(xué)榮譽(yù)教授，合肥工業(yè)大學(xué)兼職教授。

論文速覽

由于低成本和高安全性，水系鋅電池在大規(guī)模儲能方面具有實(shí)際應(yīng)用前景。然而，由于缺乏穩(wěn)定正極和負(fù)極的電解質(zhì)，應(yīng)用受到限制。本論文介紹了一種通過硫酸鋅電解液中添加微量的咪唑基添加劑（1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，BMIS），來提高鋅-碘（Zn-I₂）電池性能的簡便方法。這種添加劑與多碘化物結(jié)合，增強(qiáng)了抗自放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

正極的添加劑聚集，通過促進(jìn)I₂轉(zhuǎn)化動力學(xué)提高了倍率容量。同時(shí)，引入的添加劑通過調(diào)整Zn²⁺的沉積，增強(qiáng)了Zn負(fù)極的可逆性。因此，Zn-I₂軟包電池展現(xiàn)出了工業(yè)級性能，包括在約0.4 C的條件下達(dá)到99.98%的庫侖效率，每月自放電率僅為11.7%，以及在68.3%的鋅深度放電（DOD）條件下，經(jīng)過5000次循環(huán)后初始容量保留88.3%，并且在高活性質(zhì)量負(fù)載（>15 mg cm^?2）下實(shí)現(xiàn)了約6.7 C的快速充電。

更重要的是，這種自放電性能超過了商業(yè)化的鎳氫電池，并且與商業(yè)化的鉛酸電池相當(dāng)，同時(shí)電池壽命是已報(bào)道工作的10倍以上，快速充電性能也優(yōu)于商業(yè)化的鋰離子電池。

圖文導(dǎo)讀

圖1：BMIS對碘穿梭效應(yīng)的抑制作用。

圖2：電池循環(huán)和休息期間I₃^?穿梭效應(yīng)的工作機(jī)制。

圖3：Zn-I₂電池的電化學(xué)性能。

圖4：添加劑聚集的形成機(jī)制。

圖5：使用2 M ZnSO₄+0.1 M BMIS電解液的Zn DOD軟包電池的電化學(xué)性能。

總結(jié)展望

本研究通過在硫酸鋅電解液中添加BMIS添加劑，開發(fā)了具有優(yōu)異性能的實(shí)用Zn-I₂電池。這種電池在硬幣和軟包電池中都展現(xiàn)出了超越已報(bào)道的性能，特別是在庫侖效率、自放電率、快速充電能力和循環(huán)壽命方面。BMIS添加劑通過減少I₃^?和I₅^?的穿梭效應(yīng)，提高了電池的可逆性和倍率能力。

此外，BMIS在Zn負(fù)極上的作用還增強(qiáng)了Zn的可逆沉積，從而顯著提高了電池的整體性能。本工作為能源存儲技術(shù)的進(jìn)步提供了重要的參考，并為未來商業(yè)化Zn-I₂電池的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Aqueous Zinc-Iodine Pouch Cells with Long Cycling Life and Low Self-Discharge

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：10.1021/jacs.4c03518

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