Polyhalide Ionic Liquid Phase-Separation Strategy Enables High-Performance Four-Electron Transfer Zinc–Iodine Batteries

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作者
Z Xu,Yi-Xiang Wang,Peng Sun,J Li,J Li,Yaoyu Chen,Wenjie Mai,Xu M,J Li,J Li,Likun Pan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (22): 16180-16190 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.6c02699
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Aqueous zinc–iodine batteries are promising for grid-scale energy storage but suffer from irreversible capacity loss when pursuing the high-energy four-electron redox chemistry, primarily due to the hydrolysis of high-valent iodine species (I + ) and severe corrosion of the zinc anode. Herein, we propose a polyhalide ionic-liquid phase-separation strategy enabled by the dual-functional additive 1-ethyl-3-methylimidazolium ([EMIm] + ). We find that [EMIm] + preferentially coordinates with the electrogenerated polyhalide [IBr 2 ] − to form a hydrophobic ionic liquid (EMImIBr 2 ), which spontaneously separates from the aqueous electrolyte. This phase separation physically isolates I + from water, effectively suppressing hydrolysis and enabling highly reversible I 0 /I + conversion. Meanwhile, [EMIm] + mitigates Br – -induced corrosion, guides Zn deposition along the dendrite-suppressing (002) plane, and improves plating/stripping reversibility. As a result, Zn||I 2 cells achieve a high specific capacity of 391.0 mAh g –1 at 0.1 A g –1 (approaching the theoretical limit of 422 mAh g –1 ), with an excellent rate performance (302.4 mAh g –1 at 3 A g –1 ), and long-term cycling stability (70% capacity retention over 2000 cycles). Practical viability is demonstrated by high-loading pouch cells delivering 190 mAh and powering electronic devices.
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