水系鋅離子電池是目前電化學(xué)儲能設(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。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、電壓平臺高、原料儲量豐富，有望實現(xiàn)高能量密度電池的制造。然而，碘正極的低電導(dǎo)率和嚴重的穿梭效應(yīng)嚴重制約了其比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
針對這一問題，西安交大化學(xué)學(xué)院丁書江課題組開發(fā)了一種獨特的碘化物離子液體作為鋅離子電池正極材料，同時實現(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)部優(yōu)異的傳質(zhì)傳荷能力，使得其電導(dǎo)率比純碘高了四個數(shù)量級。同時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，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)計制備的柔性電池，不僅可以通過電路設(shè)計實現(xiàn)高電壓運行，也可以在獨特的極性翻轉(zhuǎn)模式下穩(wěn)定循環(huán)。本研究工作首次強調(diào)了鹵素正極材料本征電導(dǎo)率對電池性質(zhì)的影響，為鋅離子電池實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)表在國際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《美國化學(xué)會志》（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。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和陜西省秦創(chuàng)原創(chuàng)新人才計劃項目的資助。論文的表征及測試得到了西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。
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