乔世璋院士,最新JACS!

乔世璋院士,最新JACS!
第一作者:Han Wu, Junnan Hao, Shaojian Zhang
通讯作者:乔世璋
通讯单位:澳大利亚阿德莱德大学
乔世璋院士,最新JACS!
乔世璋,材料科学家,澳大利亚科学院院士,英国皇家化学会会士,澳大利亚皇家化学会会士,英国化学工程师协会会士,澳大利亚阿德莱德大学化工学院纳米技术首席教授,澳大利亚昆士兰大学荣誉教授,合肥工业大学兼职教授。
论文速览
由于低成本和高安全性,水系锌电池在大规模储能方面具有实际应用前景。然而,由于缺乏稳定正极和负极的电解质,应用受到限制。本论文介绍了一种通过硫酸锌电解液中添加微量的咪唑基添加剂(1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,BMIS),来提高锌-碘(Zn-I2)电池性能的简便方法。这种添加剂与多碘化物结合,增强了抗自放电性能和循环稳定性。
正极的添加剂聚集,通过促进I2转化动力学提高了倍率容量。同时,引入的添加剂通过调整Zn2+的沉积,增强了Zn负极的可逆性。因此,Zn-I2软包电池展现出了工业级性能,包括在约0.4 C的条件下达到99.98%的库仑效率,每月自放电率仅为11.7%,以及在68.3%的锌深度放电(DOD)条件下,经过5000次循环后初始容量保留88.3%,并且在高活性质量负载(>15 mg cm−2)下实现了约6.7 C的快速充电。
更重要的是,这种自放电性能超过了商业化的镍氢电池,并且与商业化的铅酸电池相当,同时电池寿命是已报道工作的10倍以上,快速充电性能也优于商业化的锂离子电池。
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图文导读
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图1:BMIS对碘穿梭效应的抑制作用。
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图2:电池循环和休息期间I3穿梭效应的工作机制。
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图3:Zn-I2电池的电化学性能。
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图4:添加剂聚集的形成机制。
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图5:使用2 M ZnSO4+0.1 M BMIS电解液的Zn DOD软包电池的电化学性能。
总结展望
本研究通过在硫酸锌电解液中添加BMIS添加剂,开发了具有优异性能的实用Zn-I2电池。这种电池在硬币和软包电池中都展现出了超越已报道的性能,特别是在库仑效率、自放电率、快速充电能力和循环寿命方面。BMIS添加剂通过减少I3和I5的穿梭效应,提高了电池的可逆性和倍率能力。
此外,BMIS在Zn负极上的作用还增强了Zn的可逆沉积,从而显著提高了电池的整体性能。本工作为能源存储技术的进步提供了重要的参考,并为未来商业化Zn-I2电池的发展奠定了基础。
文献信息
标题: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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