Relocating Conjugated 2P Valence Electrons in Carbon Host to Stabilize I+ for Novel Zn‐I2 Battery

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作者
Pengfang Zhang,Meng‐Meng Ma,Xu Wu,Wen‐Wen Chu,Shuling Xu,H. Su,Fanghui Du,Lingyang Liu,Xiao-Jun Kong,Hengxiang Li,Lei Ding,Zhaoyang Wang,Zong‐Ge Li,Yao Zhou,Shaojian Zhang,Yao Wang,Chun‐Hua Zhen,Jun‐Tao Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (19) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/aenm.202404845
摘要

Abstract Zn‐I2 battery with four‐electron reaction path (I−/I2/I+) in the cathode delivers high energy density, which however is thermodynamically not favored as I+ is metastable. Herein, it is demonstrated that conjugated 2P valence electrons in graphitic framework can be relocated, offering chances to stabilize I+ species. Combinations of 2P elements (B, N, C, O) with various configurations are first screened computationally, identifying O─B─C─N as the optimal structure. In this B‐centered domain, the adjacent O and meta‐positioned N, owing to more valence electrons and higher electronegativity, are found to withdraw electrons from surrounding C atoms and enrich 2Pz orbital of the electron‐deficient B site at Fermi level; with weak electronegativity, the electronically enriched B tends to donate electrons to the reactants, which thus can stabilize I+ and also enhance adsorption of iodine species on the carbon host. Carbon nanosheets with abundant O─B─C─N domains are developed accordingly; the relevant Zn‐I2 battery shows a large capacity of 420.3 mAh g−1 and high coulombic efficiency of 98.9% under 0.8 A g−1; moreover, it can stand for 9000 cycles with a capacity retention of 88.8%. This computation‐guided study presents how the interplay of various 2p‐elements can be manipulated to pursue an efficient carbon host for novel Zn‐I2 batteries.
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