Polyiodide Confinement by Starch Enables Shuttle‐Free Zn–Iodine Batteries

材料科学 淀粉 拉曼光谱 X射线光电子能谱 法拉第效率 化学工程 水溶液 纳米技术 电化学 化学 电极 有机化学 物理化学 光学 物理 工程类
作者
Shaojian Zhang,Junnan Hao,Huan Li,Pengfang Zhang,Zu‐Wei Yin,Yu‐Yang Li,Bingkai Zhang,Zhan Lin,Shi Zhang Qiao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (23) 被引量:298
标识
DOI:10.1002/adma.202201716
摘要

Aqueous Zn-iodine (Zn-I2 ) batteries have been regarded as a promising energy-storage system owing to their high energy/power density, safety, and cost-effectiveness. However, the polyiodide shuttling results in serious active mass loss and Zn corrosion, which limits the cycling life of Zn-I2 batteries. Inspired by the chromogenic reaction between starch and iodine, a structure confinement strategy is proposed to suppress polyiodide shuttling in Zn-I2 batteries by hiring starch, due to its unique double-helix structure. In situ Raman spectroscopy demonstrates an I5- -dominated I- /I2 conversion mechanism when using starch. The I5- presents a much stronger bonding with starch than I3- , inhibiting the polyiodide shuttling in Zn-I2 batteries, which is confirmed by in situ ultraviolet-visible spectra. Consequently, a highly reversible Zn-I2 battery with high Coulombic efficiency (≈100% at 0.2 A g-1 ) and ultralong cycling stability (>50 000 cycles) is realized. Simultaneously, the Zn corrosion triggered by polyiodide is effectively inhibited owing to the desirable shuttling-suppression by the starch, as evidenced by X-ray photoelectron spectroscopy analysis. This work provides a new understanding of the failure mechanism of Zn-I2 batteries and proposes a cheap but effective strategy to realize high-cyclability Zn-I2 batteries.
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