Vanadium‐Iodine Co‐Regulation Enabled by Trifunctional Conjugated Organic Interface for High‐Energy and Robust Zn Batteries

材料科学 阴极 共轭体系 氧化还原 水溶液 溶解 化学工程 储能 纳米技术 电子转移 电池(电) 有机自由基电池 电化学 分子工程 原位 双重角色 降级(电信) 聚合物 电极 过渡金属 电催化剂 能量密度 无机化学 金属有机骨架
作者
Yueyang Wang,Ruixue Wang,Linfeng Yu,Shiqiang Wei,Tofik Ahmed Shifa,Yanan Lv,Xiaoru Zhang,Qi Li,Li Song,Zheng Chang,Yi Zhao,Xiaoming Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (25): e72970-e72970 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.72970
摘要

ABSTRACT Aqueous Zn batteries (AZBs) utilizing vanadium‐iodine dual energy storage mechanisms hold great promise for large‐scale energy storage applications. Yet, the development of such AZBs is plagued by severe vanadium dissolution and uncontrolled polyiodide shuttling during the multi‐step electron transfer process. Herein, we reported a core–shell VO 2 cathode wrapped in situ by a conjugated poly(phenylenediamine) (pPDA) layer, denoted VO 2– pPDA, which enables highly reversible and efficient V 5+ /V 4+ /V 3+ and I − /I 0 redox reactions in ZnI 2 ‐containing electrolytes. According to in/ex situ characterizations and theoretical calculation results, abundant ─C═N─ moieties in poly(PDA) enabled a synergistic optimization for the stabilization of VO 2 and interfacial iodine anchoring. Meanwhile, the π‐conjugated framework of poly(PDA) collaborated with VO 2 to catalyze the high‐efficiency iodine conversion. Due to V‐I co‐regulation, Zn//VO 2 ‐pPDA battery exhibited a high working voltage of 1.09 V, ultrahigh capacity of 610 mAh g −1 , and outstanding lifespan over 40 000 cycles. Moreover, a practical 1.0 Ah pouch cell further demonstrated the strong application potential of this system, highlighting the effectiveness of multifunctional interfacial organic engineering for high‐performance Zn batteries.
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