水系鋅離子電池是目前電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備中備受關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)之一，水系電解液避免了傳統(tǒng)鋰離子二次電池的安全問題。然而，鋅離子電池的能量密度是其性能短板，開發(fā)高能量密度鋅離子電池是目前的研究熱點(diǎn)。在目前鋅離子電池正極材料中，以溶解-沉積型為主的碘正極材料容量大、電壓平臺(tái)高、原料儲(chǔ)量豐富，有望實(shí)現(xiàn)高能量密度電池的制造。然而，碘正極的低電導(dǎo)率和嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)嚴(yán)重制約了其比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
針對(duì)這一問題，西安交大化學(xué)學(xué)院丁書江課題組開發(fā)了一種獨(dú)特的碘化物離子液體作為鋅離子電池正極材料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碘正極的高面積容量和高循環(huán)穩(wěn)定性。該離子液體正極材料由于其內(nèi)部?jī)?yōu)異的傳質(zhì)傳荷能力，使得其電導(dǎo)率比純碘高了四個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)離子液體正極具有高度疏水的特征，大大降低了其穿梭效應(yīng)。基于這些優(yōu)異的性質(zhì)，所組裝的鋅-碘電池展現(xiàn)出在3 mah cm-2的高面積容量穩(wěn)定循環(huán)超990小時(shí)，在高倍率下可以穩(wěn)定循環(huán)超過4000次。另外基于該液態(tài)正極材料所設(shè)計(jì)制備的柔性電池，不僅可以通過電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高電壓運(yùn)行，也可以在獨(dú)特的極性翻轉(zhuǎn)模式下穩(wěn)定循環(huán)。本研究工作首次強(qiáng)調(diào)了鹵素正極材料本征電導(dǎo)率對(duì)電池性質(zhì)的影響，為鋅離子電池實(shí)用化提供了有益參考。
近日，該研究成果以《高導(dǎo)電多碘離子液體正極用于高容量雙極鍍型鋅碘電池》（highly electrically conductive polyiodide ionic liquid cathode for high-capacity dual-plating zinc?iodine batteries）為題發(fā)表在國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（journal of the american chemical society）上。該論文第一作者為西安交大化學(xué)學(xué)院助理教授趙洪洋，通訊作者為西安交大化學(xué)學(xué)院丁書江教授和郗凱教授，西安交大化學(xué)學(xué)院是論文唯一通訊單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和陜西省秦創(chuàng)原創(chuàng)新人才計(jì)劃項(xiàng)目的資助。論文的表征及測(cè)試得到了西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的支持。
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