南工大孙庚志/南航窦辉ACS Nano: 可回收粘土基电解质的协同离子筛分和溶剂化调节用于稳定锌-碘电池

多碘化物的高溶解度和负极/电解质界面的不稳定性严重限制了可充电水性锌-碘电池的实际应用。

在此，南京工业大学孙庚志，南京航空航天大学窦辉等人开发了一种锌离子基蒙脱土（ZMT）电解质膜，用于协同离子筛分和溶剂化调节，以实现高度稳定的锌-碘电池。具体而言，ZMT中丰富的M-O带和特殊的阳离子选择性传输通道局部定制了Zn²⁺周围的溶剂化鞘层，因此实现了高转移数（t = 0.72），有利于Zn的均匀和可逆沉积/剥离。此外，利用原位表征技术证实了ZMT中的O原子与聚碘化物之间的强化学吸附是有效抑制副反应的关键。

因此，基于 ZMT 的锌-碘电池在 1 mA cm ^–2下可提供 0.45 mAh cm ^–2的高容量，在 10 mA cm^–2 下循环 13 500 次后，库仑效率显着提高至 99.5%，容量保持率高达 95%。此外，由于其高耐用性、化学惰性和结构稳定性，基于ZMT的电解质膜可以回收并应用于双面软包电池，在1 mA cm^–2下提供2.4 mAh cm ^–2的高面容量。

图1. 锌-碘电池中 ZMT 的功能性和改性机制

总之，该工作设计了一种基于 ZMT 的电解质膜，有效地协同离子筛分和溶剂化调节，从而实现高稳定性的锌-碘电池。研究表明，ZMT 中丰富的 M-O 键和特殊的阳离子选择性传输通道可局部调整 Zn²⁺周围溶解鞘中的水分子数量，从而实现高转移数（t = 0.72），导致 Zn 的均匀和可逆沉积/剥离。ZMT 中的 O 原子与聚碘化物之间的强化学吸附作用可有效抑制穿梭效应并抑制副反应。

因此，基于 ZMT-ZOFI 膜的电池表现出优异的电化学性能。最重要的是，由回收的 ZMT 组装而成的双面软包电池的面积容量可提高到 2.4 mAh cm^-2，即使在机械切割后也能保持正常工作。因此，该项工作为提高锌卤电池的稳定性提供了一种可持续的策略。

图2. 电池性能

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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