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Local Electric Field Microenvironment‐Induced Dynamic Spatial Confinement to Stabilize I + Toward High‐Mass‐Loading and Stable Zinc–Iodine Batteries

碘化物 阴极 电场 化学 亲核细胞 材料科学 物理 纳米技术 无机化学 催化作用 生物化学 有机化学 物理化学 量子力学
作者
Liting Chen,Song Huang,Zhenfeng Feng,Zhenxin Lin,Haolong Huang,Minghui Ye,Yufei Zhang,Zhipeng Wen,Yongchao Tang,Xiaoqing Liu,Cheng Chao Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (35): e202510737-e202510737 被引量:18
标识
DOI:10.1002/anie.202510737
摘要

Four-electron iodine conversion chemistry (I-/I2/I+) endows zinc-iodine batteries with competitive energy density. The stability of I+ conversion relies on its interaction with sufficient nucleophilic species (e.g., Cl-, Br-). However, under high iodine loading, nucleophilic species fail to afford sufficient coordination strength and number within thick iodine cathode to stabilize I+, thus compromising the high-voltage plateau and capacity. Here, we effectively spatially confine nucleophilic species (Cl-) on the cathode by ─C─N+-induced localized electric field (LEF) microenvironment in polyquaternary ammonium iodide (PDDA-I). Spatial confinement maximizes Cl- concentration on the cathode ensuring highly reversible I0/I+ conversion, even in the low-concentrated ZnCl2 addition and high iodine loading. Importantly, the dynamically regulated Cl- maintains a balance with iodine species at the ─C─N+ sites during cycling, effectively limiting the shuttling effect of polyiodides. Consequently, even adopting a high iodine loading of 16.03 mg cm-2, the PDDA-I still maintains a distinct four-electron-conversion dual voltage plateau with a remarkable capacity of 4.97 mAh cm-2. An impressive lifespan of 10 000 cycles is achieved at 12.6 mg cm-2 with a capacity decay of 0.0012% per cycle, exceeding conventional iodine cathodes by 20-fold. This work provides an important reference for high-performance four-electron conversion zinc-iodine batteries at high iodine loading.
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