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由于鋅負極、碘正極和水系電解質的低成本和本征安全性，可充水系鋅-碘電池（Zn?I₂）一直是有希望的儲能技術。然而，一方面，電化學惰性宿主的低比例利用會導致可溶性多碘化物的嚴重穿梭、碘的利用不足和反應動力學遲緩。另一方面，使用高質量的極性電催化劑會犧牲電極材料的質量和體積，并犧牲設備的能量密度。

圖1. 基于鐵單原子催化劑的宿主構建及表征

西北工業大學樊慧慶、馬龍濤等提出了一種”封閉-催化”策略，通過將鐵單原子催化劑（SACs）嵌入到有序的介孔導電框架中作為催化碘的宿主，從而使高碘負載的Zn?I₂電池具有快速反應動力學和超長的循環穩定性。

通過這種設計，多孔結構和相互連接的導電通道可以容納大量的碘，封裝多碘化物并保證其有效利用，而Fe SACs進一步有效地催化碘/多碘化物的轉化。

圖2. 動力學研究

因此，基于到宿主框架的高催化和碘/多碘化物吸附能力的協同貢獻，Zn?I₂電池實現了15A g^-1的超高倍率能力，比容量達139.6 mAh g^-1，并且在76.72 wt%的碘負載條件下具有超長的循環穩定性，經過5萬次循環后保留了80.5%的初始容量。

大幅提高的電化學性能源于物理化學約束的調節和可逆的I^–/I₂和I₂/I⁺對的能量屏障的降低，以及多碘化物中間物的轉化。總之，這項工作為縮短Zn?I₂電池的研究和應用之間的差距開辟了一條道路。

圖3 Zn?I₂電池性能

Aqueous Zinc Batteries with Ultra-Fast Redox Kinetics and High Iodine Utilization Enabled by Iron Single Atom Catalysts. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01093-7

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樊慧慶/馬龍濤NML：鐵單原子催化劑助力水系鋅電池5萬次循環!

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