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?南工大孫庚志/南航竇輝ACS Nano: 可回收粘土基電解質的協同離子篩分和溶劑化調節用于穩定鋅-碘電池

多碘化物的高溶解度和負極/電解質界面的不穩定性嚴重限制了可充電水性鋅-碘電池的實際應用。

在此，南京工業大學孫庚志，南京航空航天大學竇輝等人開發了一種鋅離子基蒙脫土（ZMT）電解質膜，用于協同離子篩分和溶劑化調節，以實現高度穩定的鋅-碘電池。具體而言，ZMT中豐富的M-O帶和特殊的陽離子選擇性傳輸通道局部定制了Zn²⁺周圍的溶劑化鞘層，因此實現了高轉移數（t = 0.72），有利于Zn的均勻和可逆沉積/剝離。此外，利用原位表征技術證實了ZMT中的O原子與聚碘化物之間的強化學吸附是有效抑制副反應的關鍵。

因此，基于 ZMT 的鋅-碘電池在 1 mA cm ^–2下可提供 0.45 mAh cm ^–2的高容量，在 10 mA cm^–2 下循環 13 500 次后，庫侖效率顯著提高至 99.5%，容量保持率高達 95%。此外，由于其高耐用性、化學惰性和結構穩定性，基于ZMT的電解質膜可以回收并應用于雙面軟包電池，在1 mA cm^–2下提供2.4 mAh cm ^–2的高面容量。

圖1. 鋅-碘電池中 ZMT 的功能性和改性機制

總之，該工作設計了一種基于 ZMT 的電解質膜，有效地協同離子篩分和溶劑化調節，從而實現高穩定性的鋅-碘電池。研究表明，ZMT 中豐富的 M-O 鍵和特殊的陽離子選擇性傳輸通道可局部調整 Zn²⁺周圍溶解鞘中的水分子數量，從而實現高轉移數（t = 0.72），導致 Zn 的均勻和可逆沉積/剝離。ZMT 中的 O 原子與聚碘化物之間的強化學吸附作用可有效抑制穿梭效應并抑制副反應。

因此，基于 ZMT-ZOFI 膜的電池表現出優異的電化學性能。最重要的是，由回收的 ZMT 組裝而成的雙面軟包電池的面積容量可提高到 2.4 mAh cm^-2，即使在機械切割后也能保持正常工作。因此，該項工作為提高鋅鹵電池的穩定性提供了一種可持續的策略。

圖2. 電池性能

Synergistic Ion Sieve and Solvation Regulation by Recyclable Clay-Based Electrolyte Membrane for Stable Zn-Iodine Battery, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08681

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