溶液相的Zn-I2电池具有大规模储能的应用前景,但是Zn-I2电池面临着I电极的穿梭效应以及Zn电极的可逆性非常差的问题。
有鉴于此,阿德莱德大学乔世璋教授等提出界面胶凝策略(interfacial gelation strategy),引入丝素蛋白添加剂抑制穿梭问题,改善Zn的可逆性。
本文要点
引入的丝素蛋白能够在充放电循环过程中,通过周期性方向变化的电场作用,沿着阴极和阳极发生双方向移动。I2电极的丝素蛋白能够与碘聚合物之间发生相互作用形成凝胶沉淀,这种凝胶沉淀能够阻止碘聚合物的溶解,从而实现优异的电化学性能(在1 C时达到215 mAh g-1和99.5 %的库伦效率),优异的倍率性能(50 C倍率的性能达到170 mAh g-1),优异的持久性(10 C倍率电池能够循环6000圈)。Zn阳极形成的丝素蛋白凝胶能够作为保护层,增强Zn的可逆性(2 mA cm-2电流密度的库伦效率达到99.7 %),阻碍生成枝晶。
组装500 mAh容量的Zn-I2电池具有非常高的阴极容量(37.5 mg cm-2),较高的Zn利用效率(20 %),并且实现优异的能量密度(80 Wh kg-1),长期稳定性(>1000圈电池循环)。这项研究说明同时调节阴极和阳极有助于Zn-I2电池的实用。
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Shao-Jian Zhang, Junnan Hao, Han Wu, Qianru Chen, Chao Ye, Shi-Zhang Qiao, Protein Interfacial Gelation toward Shuttle-Free and Dendrite-Free Zn–Iodine Batteries, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202404011
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202404011