Synergistic Interface‐Bulk Regulation of Biopolymer Electrolytes for Advanced Zn‐Iodine Batteries With Four‐Electron I − /I 0 /I + Conversion

生物高聚物 电解质 化学 化学工程 水溶液 水解 离子键合 胺气处理 能量转换 双功能 储能 沉积(地质) 无机化学 纳米技术 电池(电) 壳聚糖 离子
作者
Haodong Zhang,Xiaotang Gan,Guoli Gao,Yanbo Zhu,Chaoji Chen,Jinping Zhou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (20): e8430459-e8430459 被引量:7
标识
DOI:10.1002/anie.8430459
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc||iodine batteries (AZIBs), which rely on the efficient I − /I 0 /I + conversion chemistry, offer high theoretical energy density. However, their practical application is hindered by the polyiodide (I 3 − and I 5 − ) shuttle effect, I + hydrolysis at the iodine cathode, and poor reversibility at the Zn anode. To address these challenges, we propose a synergistic interface–bulk regulation strategy using oppositely charged biopolymers. A negatively charged sodium alginate (SA) hydrogel serves as the bulk electrolyte matrix, while positively charged quaternized chitosan (qChi) is introduced as a functional additive. In this system, the abundant carboxyl groups along the SA chains not only facilitate uniform Zn 2+ deposition but also electrostatically repel polyiodides. Meanwhile, the amine and quaternary ammonium groups along the qChi chains can strongly bind polyiodides and ICl 2 − species via ionic interactions, thereby effectively suppressing the shuttle effect and stabilizing I + against hydrolysis. Consequently, highly durable two‐electron and four‐electron AZIBs are achieved, delivering remarkable cycling lifespans of 20 000 and 10 000 cycles with ultralow capacity decay rates of 0.00054% per cycle and 0.17% per hundred cycles, respectively. Notably, the AZIBs also maintain excellent performance in a natural seawater‐based electrolyte, highlighting their potential as sustainable and high‐performance energy storage systems.
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