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?哈工大黃燕/于淼AFM:循環23萬次!超穩定高倍率水系Zn||I2電池!

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高倍率耐受性和長循環壽命是市場對儲能設備的關鍵要求,也是開發可充水系電池的主要挑戰之一。
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圖1.?材料合成及表征
哈爾濱工業大學黃燕、于淼等首次報告了一種以過渡金屬硼化物(MBene)為I2宿主的水系Zn||I2電池,該電池具有高倍率和超長的循環壽命。具體而言,這項工作成功合成了層狀的Mo4/3B2T2 MBene(其中”T “表示-O、-OH和-F端接),并通過簡便的方法在MBene中引入了均勻的面內有序金屬空位。
研究顯示,Mo4/3B2T2的有序金屬空位不僅能調節骨架中的電分布,有利于極性碘離子的吸附,還能作為納米反應器固定非極性碘物種。此外,Mo4/3B2T2@I2正極適當的電子導電性能還能對絕緣的I2進行補救,以實現快速反應動力學。實驗證明了正極中I/I0的一步轉換,而不會產生I3離子,密度泛函理論(DFT)計算也證實了這一點。
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圖2.?Mo4/3B2T2正極的電化學性能
因此,利用MBene作為I2宿主,在25 A g-1的條件下,經過230000次循環后,放電容量達到106.8 mAh g-1(每10000次循環的衰減率低至0.68%);即使在高達100 A g-1的電流條件下,放電容量也能達到80 mAh g-1。在如此大的比電流下,電池的超長壽命和高容量以及高倍率耐受性都遠遠超過了以往報道過的所有水系Zn||I2電池。
作為MBene在I2正極的首次應用,這項研究為大幅提高Zn||I2電池的倍率性能和循環壽命開辟了一條新途徑,并可能為制備具有更高的耐用性和動力學性能的其他鹵化物或硫電極電池提供新思路。
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圖3.?Mo4/3B2T2中的碘轉化機制
Ultralong Cycle Life and High Rate of Zn‖I2 Battery Enabled by MBene-Hosted I2 Cathode. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310294

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