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南航窦辉教授/南工大孙庚志教授：共晶网络调控多碘化物稳定性构筑长循环高稳定锌碘电池

时间：2023-10-24 来源：浏览：

南航窦辉教授/南工大孙庚志教授：共晶网络调控多碘化物稳定性构筑长循环高稳定锌碘电池

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【研究背景】

近年来，金属锌负极和碘正极组成的锌碘电池展现了高的能量密度和良好的充放电性能，这些特点是主要源于碘的稳定的氧化还原电位和较高的理论容量，因此锌碘电池逐渐受到科研人员和工业界的关注。然而，锌碘电池在充电过程中容易生成可溶性与不稳定的多碘化物，在反复充放电过程中，多碘化物会发生歧化反应并扩散到负极，使得正极活性材料流失，负极腐蚀，导致电池库仑效率下降，稳定性不足。

【工作介绍】

近日，南京航空航天大学窦辉教授与南京工业大学孙庚志教授合作，通过电解液优化策略，构建了丁二腈与四氟硼酸锌水合物组成的水化共晶电解液，其独特的共晶网络可以有效限制水的自由度，减慢多碘化物的扩散。同时，丁二腈-水的共晶网络减弱了水的活性，抑制了多碘化物的歧化。使用该电解液的锌碘电池在常温与低温条件下都表现出了优良的电化学性能。该文章发表在国际知名期刊 Energy Storage Materials 上。徐海为本文第一作者。

【内容表述】

图1 共晶电解液配制与相关性质表征

共晶电解液由丁二腈与四氟硼酸锌水合物加热搅拌后制备，具有离子电导率高，室温稳定，不易燃的特点。

图2 共晶电解液的光谱表征与动力学模拟

拉曼光谱、红外光谱、核磁共振和分子动力学计算等证实了电解液中存在丁二腈-水的共晶网络结构。

图3 共晶电解液抑制多碘化物溶解与歧化机理

电解液中的共晶网络可以限制水的自由度，增强水中氢氧键的强度，有效抑制多碘化物的溶解与歧化。

图4 基于共晶电解液的锌碘电池的电化学性能

图5 基于共晶电解液的锌碘电池的低温性能

基于共晶电解液的锌碘电池在常温下稳定循环超10000圈，并且可耐受-20 ℃的低温。

【结论】

综上所述，通过合成具有高离子电导率，可耐受低温的新型共晶电解液，有效抑制多碘化物的歧化与溶解。多种表征手段确认了独特的丁二腈-水共晶网络的存在，由此构建了具有长循环稳定性和高倍率性能的锌碘电池。

Xu H, Zhang R, Luo D, et al. Engineering Eutectic Network for Regulating the Stability of Polyiodides towards High Rate and Long Cycling Zinc-Iodine Batteries. Energy Storage Materials, 2023.

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103019.

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