Atomically Dispersed Cu Sites Promote Facile Iodine Conversion for High‐Performance Zinc–Iodine Batteries

法拉第效率 催化作用 电化学 材料科学 化学工程 碘 氧化还原 金属 储能 水溶液 无机化学 电极 能量转换效率 铜 纳米技术 电流密度 能量转换 电压 过渡金属 碳纤维 反应速率
作者
Yoongu Lim,Jihun Yoo,Dong‐Kyu Lee,Dae Jun Moon,Yelim Lee,Hong Kyu Lee,Jaewoong Lim,Hoi Ri Moon,Chang Hyuck Choi,Gyoung Hwa Jeong,Uk Sim
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e00060-e00060
标识
DOI:10.1002/smll.202600060
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc‐iodine (Zn–I 2 ) batteries are attracting attention as next‐generation energy storage systems based on their excellent safety and economic feasibility. However, due to the slow reaction rate of the iodine conversion reaction and the polyiodide shuttle effect, there is a limitation in that the electrochemical reaction efficiency and cyclability are deteriorated. This study attempted to address this problem by applying the Cu‐N 3 @AC electrode, which contains a single‐atom copper (Cu) catalyst in activated carbon (AC). The Cu‐N3 coordination structure serves as dual‐functional active sites that strongly immobilize iodine species and simultaneously promote reversible oxidation and reduction reactions. As a result, the Cu‐N 3 @AC electrode showed a high capacity of 416.17 mAh g cat −1 at 5 A g −1 . It maintained a capacity of 203.4 mAh g cat −1 and a Coulombic efficiency of 99.36% even after 30,000 cycles of a high current density of 10 A g −1 . This excellent performance is attributed to the Cu‐N3 coordination structure, which promotes charge transfer and effectively mitigates polyiodide diffusion. This study demonstrates that electronic structure control of Cu‐based single‐atom catalysts plays a key role in improving the speed and stability of iodine conversion reactions and provides practical design guidelines for the development of a high capacity and stable Zn–I 2 battery.
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