Engineering eutectic network for regulating the stability of polyiodides towards high rate and long cycling zinc-iodine batteries

电解质 材料科学 共晶体系 化学工程 法拉第效率 歧化 溶剂化 电化学 无机化学 离子 物理化学 化学 有机化学 合金 冶金 电极 催化作用 工程类
作者
Hai Xu,Ruanye Zhang,Derong Luo,Jiuqing Wang,Kangsheng Huang,Jiaxiang Chi,Hui Dou,Xiaogang Zhang,Gengzhi Sun
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:63: 103019-103019 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103019
摘要

Despite aqueous Zn-iodine batteries have gained enormous research interests, their development is restricted by disproportionation and diffusion of polyiodides. Herein, for the first time, we propose a distinct electrolyte engineering strategy for regulating the performance of Zn-iodine batteries. A hydrated eutectic electrolyte composed of zinc tetrafluoroborate hydrate (ZBF) and succinonitrile (SN) forms the unique SNH2O eutectic network, which breaks the H2OH2O hydrogen network, strengthens OH bond in H2O and constrains the freedom of water molecules. Consequently, the disproportionation and diffusion of polyiodides are suppressed. The investigation for the solvation structure based on the spectroscopy results and molecular dynamics simulations demonstrate the relatively weak solvation effect of the organic ligand SN with Zn2+, which enables superior ion conductivity and high transference number. As a result, the as-assembled Zn-iodine battery based on optimized eutectic electrolyte delivers a high capacity of 202 mAh g−1 at 0.5 A g−1 with 99.5% coulombic efficiency, superior rate performance (capacity retention of 60% at 20 A g−1) and outstanding cycling stability (over 10,000 cycles). Benefiting from its anti-freezing ability, the hydrated eutectic electrolyte enables Zn-iodine battery to work stably at a low-temperature of -20°C. The paradigm provides an encouraging strategy to construct the stable aqueous Zn-halogen batteries through electrolyte engineering.
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