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支春義/李洪飛Small Methods: 限制碘轉(zhuǎn)化化學(xué)實(shí)現(xiàn)高倍率水系鋁離子電池

大多數(shù)報道的用于可充電水系鋁金屬電池的正極材料都是基于嵌入型化學(xué)機(jī)制，但都表現(xiàn)出較差的電化學(xué)動力學(xué)和不令人滿意的長期穩(wěn)定性，而具有轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)制的碘正極因具有高理論容量和海洋豐度正引起廣泛關(guān)注。

在此，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室支春義教授、李洪飛副研究員等人將碘嵌入 MOF衍生的N摻雜微孔碳多面體（I₂@ZIF-8-C）作為基于“鹽包水”電解液的水系鋁離子電池的轉(zhuǎn)換型正極材料。

與使用離子液體電解液的傳統(tǒng) Al-I₂電池相比，本研究所提出的水系A(chǔ)l-I₂電池在比容量和電壓平臺方面都表現(xiàn)出大大增強(qiáng)的電化學(xué)性能。

圖1. I₂@ZIF-8-C電極的合成與表征

受益于碘在分級N摻雜微孔碳多面體中的受限液固轉(zhuǎn)化和增強(qiáng)的水系電解液反應(yīng)動力學(xué)，I₂@ZIF-8-C電極具有高可逆性、優(yōu)異的比容量（在2 A g^-1時≈219.8 mAh g^-1）和高倍率性能（在8 A g^-1時≈102.6 mAh g^-1）。

通過非原位拉曼光譜和XPS證實(shí)了以I₃^–和I₅^–作為中間產(chǎn)物的I₂和I^–之間的可逆反應(yīng)。此外，基于固態(tài)水凝膠電解質(zhì)制造的柔性Al-I₂電池，其性能可與使用液體電解質(zhì)的電池相媲美，并可集成到可穿戴設(shè)備中作為可靠的能源供應(yīng)。

圖2. 柔性Al-I₂電池的電化學(xué)性能及實(shí)際應(yīng)用

High-Rate Aqueous Aluminum-Ion Batteries Enabled by Confined Iodine Conversion Chemistry, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100611

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