Bidentate Coordination Structure Facilitates High‐Voltage and High‐Utilization Aqueous Zn‐I2 Batteries

阴极 化学 水溶液 电化学 齿合度 阳极 无机化学 电解质 氧化还原 电子转移 光化学 物理化学 电极 金属 有机化学
作者
Mingming Wang,Yahan Meng,Muhammad Sajid,Zehui Xie,Peiyan Tong,Zhentao Ma,Kai Zhang,Dongyang Shen,Ruihao Luo,Li Song,Liang Wu,Xusheng Zheng,Xiangyang Li,Wei Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:47
标识
DOI:10.1002/anie.202404784
摘要

Abstract The aqueous zinc‐iodine battery is a promising energy storage device, but the conventional two‐electron reaction potential and energy density of the iodine cathode are far from meeting practical application requirements. Given that iodine is rich in redox reactions, activating the high‐valence iodine cathode reaction has become a promising research direction for developing high‐voltage zinc‐iodine batteries. In this work, by designing a multifunctional electrolyte additive trimethylamine hydrochloride (TAH), a stable high‐valence iodine cathode in four‐electron‐transfer I − /I 2 /I + reactions with a high theoretical specific capacity is achieved through a unique amine group, Cl bidentate coordination structure of (TA)ICl. Characterization techniques such as synchrotron radiation, in situ Raman spectra, and DFT calculations are used to verify the mechanism of the stable bidentate structure. This electrolyte additive stabilizes the zinc anode by promoting the desolvation process and shielding mechanism, enabling the zinc anode to cycle steadily at a maximum areal capacity of 57 mAh cm −2 with 97 % zinc utilization rate. Finally, the four‐electron‐transfer aqueous Zn−I 2 full cell achieves 5000 stable cycles at an N/P ratio of 2.5. The unique bidentate coordination structure contributes to the further development of high‐valence and high capacity aqueous zinc‐iodine batteries.
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