Caging Polyhalide Anions in Polycyclodextrin for Long‐Lasting Aqueous Zinc‐Iodine Batteries

三卤化物 阴极 水溶液 聚合物 化学工程 化学 离子键合 电池(电) 离子 储能 电容 结合能 材料科学 多孔性 能量密度 无机化学 功率密度 纳米技术 环境友好型 工作(物理) 电流密度 水介质 离子液体
作者
Shangxu Jiang,Zhipeng Pei,Yanlin Shi,Kai Zhang,Justin M. Chalker,Sara J Fraser-Miller,Michelle L. Coote,Zhongfan Jia
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e6010682-e6010682
标识
DOI:10.1002/ange.6010682
摘要

ABSTRACT Confining polyiodide species at the cathode is pivotal to the stability and long life of aqueous zinc‐iodine batteries (AZIBs). Current approaches using porous inorganic materials to physically trap polyiodide species or organic additives to electrostatically bind them remain ineffective due to size mismatches or weak ionic interactions. Here, we introduce a host‐guest strategy to cage polyhalides while enabling their transport between niches within a cross‐linked polycyclodextrin (polyCD) network. Experimental and computational results indicate that the polymer derived from β‐CD exhibits a moderate binding affinity to polyhalide anions, attributable to its appropriate inner diameter and hydrophobic cavity. For our poly(β‐CD)/KI 3 cathode, the addition of Br − results in more effective binding to I + and inhibition of its hydrolysis compared to Cl − . As such, AZIBs with poly(β‐CD)/KI 3 can achieve 2e storage at 205 mAh/g or 4e storage at 365 mAh/g. The specific inclusion chemistry between polyhalide anions and poly(β‐CD) enables batteries to operate for more than 60,000 cycles, with a capacity fade of 0.0001%–0.0003% per cycle for 2e and 4e storage, respectively. This work offers a new approach to mitigate polyhalide shuttling by using polymers derived from inexpensive, biodegradable oligosaccharides, thereby enabling sustainable, long‐lasting AZIBs.
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