Dielectric‐Tailored Water Structure in Sepiolite‐Based Electrolyte for Stable Quasi‐Solid Zinc‑Iodine Batteries

电解质 材料科学 电介质 阳极 极化(电化学) 化学工程 离子电导率 水溶液 电导率 介电损耗 容量损失 离子键合 电化学 离子 偶极子 无机化学 枝晶(数学) 水运 纳米技术
作者
Yue Wang,Bin Guo,Wenyan Wang,Chenyue Wu,Anqiang Pan,Y B Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.76008
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc‑iodine (Zn‐I 2 ) batteries face severe self‑discharge and anode instability due to polyiodide shuttle and side reactions, closely linked to the aqueous environment and elusive ionic behavior. The proposed electrolyte strategies for this issue focus on the high dielectric constant of water, ignoring the dielectric loss associated with water molecular polarization. Herein, we report a sepiolite‐based quasi‐solid electrolyte featuring a precisely tailored water structure including zeolitic, coordinated, and structural water, enabling fine‐tuning of dielectric properties and ion‐transport pathways. High zeolitic water content elevates the dielectric constant, along with the increased dielectric loss caused by dipole polarization of water molecules. Conversely, complete removal of water deteriorates Zn 2+ transport kinetics. The optimized electrolyte (ZnSEP‐2H 2 O) achieves an ideal balance between ion conductivity and polarization loss, effectively suppressing both Zn dendrite growth and polyiodide shuttle. As a result, Zn||Zn symmetric cells exhibit stable cycling over 2250 h at 0.4 mA cm − 2 , while Zn||AC@I 2 full cells retain a specific capacity of 100.7 mAh g − 1 after 50 000 cycles at 10 A g − 1 , with significantly mitigated self‐discharge. This work provides a rational electrolyte design strategy through water structure engineering and elucidates the governed mechanism of Zn 2+ migration kinetics and polyiodide confinement toward durable Zn‐I 2 batteries.
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