Engineering Bifunctional Carbon Hosts with Rich ─OH and ─C═O for Synergistic Confinement and Redox Kinetics in Zn‐I 2 Batteries

双功能 电化学 氧化还原 碳纤维 法拉第效率 吸附 化学工程 溶解 合理设计 水溶液 纳米技术 材料科学 多孔性 化学 储能 电极 动力学 无机化学 电化学储能 功能群 电池(电)
作者
Siyu Liu,Jiudi Zhang,Yumeng Gao,Changyue Yang,Xinrui Yu,Shaodong Zhong,Junxian Li,Yunqing Luo,Dong Cai,Zhanshuang Jin,Qi Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (19): e00044-e00044 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.202600044
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc‐iodine (Zn‐I 2 ) batteries have attracted extensive attention as next‐generation energy storage systems due to their inherent safety, environmental benignity, and theoretical high capacity (211 mAh g −1 ). Nevertheless, their practical application is still hampered by the dissolution and shuttling of soluble polyiodides, leading to rapid capacity decay and inferior cycling stability. Although porous carbon‐based host materials physically confine iodine species, thereby improving electrochemical performance, the crucial role of surface functional groups on carbon (─OH, ─C═O, and ─COOH) in regulating the electrochemical behavior has been neglected. Herein, we designed and synthesized hierarchical micro‐mesoporous carbon (MMC) nanospheres rich with hydroxyl (─OH) and carbonyl (─C═O) groups as iodine hosts. The multiscale porous structure facilitates high iodine loading, while ─OH groups remarkably enhance the chemical adsorption of iodine species via O─H∙∙∙I bond, thereby suppress the shuttle effect. Additionally, ─C═O groups actively participate in additional Faradaic redox reactions. Consequently, the prepared I 2 /MMC‐Rich electrode delivers outstanding electrochemical performance: it provides an initial capacity of 160.87 mAh g −1 at 10 A g −1 and maintains 135.58 mAh g −1 after 25 000 cycles, with a capacity retention rate of 84%. This work offers a rational strategy for developing functional carbon materials toward high‐performance and long‐life Zn‐I 2 batteries.
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