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支春义Angew.：具有有效Br0固定的固体卤间化合物用于稳定的高能锌电池

阿吉 电池未来 2023-03-26
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尽管大量研究人员致力于Br基电池的探索，但高度可溶的Br2/Br3-物质会引起严重的“穿梭效应”进而导致严重的自放电和低库仑效率。传统上，季铵盐如甲基乙基吗啉溴化物(MEMBr)和四丙基溴化铵(TPABr)可用于固定Br2和Br3-，但它们占据了电池的质量和体积而没有容量贡献。
在此，香港城市大学支春义教授团队报告了一种全活性固体卤间化合物IBr作为正极来应对上述挑战。其中氧化的Br0被碘(I)固定，在整个充电过程和放电过程中彻底消除交叉扩散的Br2/Br3-物质。
本文制备得到的Zn||IBr电池可提供385.8 Wh×kg-1的极高能量密度，明显高于I2、MEMBr3和 TPABr3正极。这一工作为实现高能电化学储能装置的活性固体卤素间化学提供了新的途径。
图1. IBr正极的作用机制
具体而言，本研究利用活性碘(I)将Br固定在IBr的固体间卤素上，其中卤素间配位化学固定了Br0且在整个充放电过程中没有产生交叉扩散的Br2/Br3-。结果显示，IBr正极具有1.65 V的高输出电压和267.3 mAh g-1的高比容且其能量密度高达385.8 Wh kg-1，显著高于I2正极、MEMBr3正极和TPABr3正极。同时，Zn||IBr电池可运行6000次以上，由于IBr稳定的卤素间固定和对大孔碳的稳定粘附，其初始容量保留了82.7%。
此外，团队还开发了一种具有高IBr负载(~13.0 mg cm-2)的~750 mAh Zn||IBr软包电池具有出色的循环稳定性，在超过98.0% CE的250次循环后仍能保持85.9%的初始容量。本工作基于低成本和有形的活性I和Br非金属卤素成功实现了高能量密度氧化还原增强水系电池的卤素间配位。
图2. IBr软包电池和Ah级高容量软包电池(4层6×8 cm2)的电化学性能
Solid Interhalogen Compounds with Effective Br0 Fixing for Stable High-energy Zinc Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202301467
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