Aqueous Zinc‐Bromine Battery with Highly Reversible Bromine Conversion Chemistry

法拉第效率 电解质 水溶液 阴极 化学 电池(电) 溶解度 无机化学 化学工程 电极 有机化学 功率(物理) 物理 量子力学 物理化学 工程类
作者
Xun Zhao,Junnan Hao,Qianru Chen,Shaojian Zhang,Han Wu,Lei Mao,Shi‐Zhang Qiao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (20): e202502386-e202502386 被引量:24
标识
DOI:10.1002/anie.202502386
摘要

Br2/Br- conversion reaction with a high operating potential (1.85 V vs. Zn2+/Zn) is promising for designing high-energy cathodes in aqueous Zn batteries. However, the ultrahigh solubility of polybromides causes significant shuttle effects, capacity deterioration, and self-discharge, rendering the study of static zinc-bromine batteries still in its infancy. Here, various aqueous zinc salt electrolytes are first screened, showing that, compared to other salts, ZnSO4 is more suitable for Br-based cathodes benefiting from its higher negative charge density and lower cost. Nevertheless, the significant shuttle effect of polybromides remains in such an electrolyte. We further develop a targeted sequestration strategy to fundamentally confine polybromide migration from KBr cathode into electrolyte. In high-mass-loading (22 mgKBr cm-2) pouch cells, the average Coulombic efficiency enhances from 92.3 % to 99.8 %, and self-discharge performance dramatically improves from 17.4 % capacity retention to 85.2 % after 72 h of resting, indicating the effectiveness of our strategy in confining the shuttle effects. Furthermore, an Ah-scale pouch cell delivers an average Coulombic efficiency of 99.88 % and a zinc utilization of 22 % at a high rate of 3 C. Our findings also pave the way for the design of advanced Br-based cathodes.
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