Interface-Synergistic Sulfonated Phthalocyanine Enabling Simultaneous Dendrite Suppression and Shuttle Mitigation in High-Rate Static Zinc–Iodine Batteries

材料科学 阳极 化学工程 电解质 氧化还原 水溶液 吸附 电镀(地质) 酞菁 化学吸附 枝晶(数学) 色散(光学) 电化学 无机化学 沉积(地质) 电极 纳米技术
作者
Zhiyao Liu,Hongxia Bu,Yingying Wang,Zaifa Yang,Jingjing Feng,Chuanlin Li,Zhonghang Cai,Yuhan Gao,Guangmeng Qu,Hua Wei
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (48): 20799-20809 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c08809
摘要

Static zinc–iodine batteries (SZIBs) offer high capacity, safety, and low cost for large-scale energy storage, but suffer from zinc dendrite growth and polyiodide shuttle effects. Here, a sulfonated cobalt phthalocyanine (S-CoPc) is introduced as a dual-functional additive to simultaneously stabilize the zinc anode and iodine cathode. Hydrophilic sulfonic groups enable uniform dispersion in aqueous electrolyte, while zincophilic sites and Co–N4 centers regulate Zn2+ deposition and iodine redox reactions. At the anode, S-CoPc adsorption homogenizes Zn2+ flux (finite-element verified) and lowers desolvation energy barriers, achieving dendrite-suppressed plating and long-term stability over 2800 h in Zn||Zn cells. At the cathode, strong I3– chemisorption and accelerated I–/I2 conversion kinetics mitigate the shuttle effect and enhance redox reversibility. The optimized SZIB delivers 219.8 mAh g–1 at 1 A g–1, retains 105.6 mAh g–1 at 30 A g–1, and maintains 96.7% capacity after 10,000 cycles at 10 A g–1. A high-loading pouch cell (1.7 mAh cm–2) achieves 86.5% retention after 550 cycles, demonstrating the potential of S-CoPc-enabled electrolyte engineering for durable, high-rate aqueous batteries.
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