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张乃庆教授、张宇博士后,JMCA观点:氧化还原媒介体助力多电子转化反应实现超稳定的水系锌离子电池

张乃庆教授、张宇博士后,JMCA观点:氧化还原媒介体助力多电子转化反应实现超稳定的水系锌离子电池 科学材料站
2022-02-01
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导读:该观点文章提出了一种利用转化型BiOI正极与I- 作为氧化还原介质协同进行电化学存储的方法。通过Bi0/Bi3+与I−/I3−转化反应之间的协同作用实现优异的电化学性能。

文 章 信 息

氧化还原媒介体助力多电子转化反应实现超稳定的水系锌离子电池
第一作者:刘楠楠
通讯作者:张乃庆*,张宇*
单位:哈尔滨工业大学

研 究 背 景

由于水系锌离子电池具有成本低、安全可靠和环境友好等优点,其已经成为很有发展潜力的新型能源存储体系。近年来,嵌入型电极材料已经得到了突飞猛进的发展。但是受制于锌离子与宿主材料之间的强静电相互作用和有限的离子容纳空间,嵌入型电极材料的发展已经陷入瓶颈。转化型材料可以客服晶体结构的限制,满足多电子氧化还原反应的要求。然而,转化反应的反应动力学相对迟缓,限制了这类材料的实际应用。

文 章 简 介

基于此,来自哈尔滨工业大学的张乃庆教授与张宇博士后在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Synergistic effect of multi-electron conversion and anion redox media chemistry for high-performance rechargeable aqueous Zn ion batteries”的观点文章。
该观点文章提出了一种利用转化型BiOI正极与I- 作为氧化还原介质协同进行电化学存储的方法。通过Bi0/Bi3+与I/I3转化反应之间的协同作用实现优异的电化学性能。
图1. 氧化还原媒介体与正极间的协同反应示意图。

本 文 要 点

要点一:嵌入型材料 vs. 转化型材料
受到锌离子的高电荷密度和嵌入型电极材料有限的离子存储空间的影响,嵌入型正极对于可逆的多电子氧化还原反应来说并不理想。转化反应可以客服晶体结构的限制,满足多电子氧化还原反应的要求。BiOI电极能够通过Bi0和Bi3+间的转化实现较高的能量存储。

要点二:氧化还原媒介体助力转化反应
转化反应时常面对反应动力学迟缓的问题,碘离子作为氧化还原媒介体的引入可以加快转化过程动力学,促进更快的电荷转移。并且能够更大限度地激活正极活性物质,实现更高的充放电比容量。

要点三:协同提高容量和可逆性
除了可以加速正极转化过程,碘离子也可以同时通过I−和I3−间的转化反应提供额外的部分容量,另外,作为BiOI的组成元素也可以抑制正极溶解,提升正极反应的可逆性。

文 章 链 接

Synergistic effect of multi-electron conversion and anion redox media chemistry for high-performance rechargeable aqueous Zn ion batteries 
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d1ta08515h


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