西交大丁书江Angew：聚合物碘传输层实现了高面容量的双电层锌碘电池

水系电池中的碘阴极因其高能量密度和高安全性而备受关注。然而，碘的电导率极低，仅为1×10-7 S cm-1，因此通常导致比容量较低。本研究设计了一种PVA-水凝胶层来提高锌碘电池的比容量。在双镀电池中，PVA-水凝胶层修饰的CNT阴极的比容量是纯CNT薄膜的两倍，容量的显著提高归因于PVA-水凝胶层中碘的快速传输。此外，PVA链与聚碘阴离子之间的强相互作用阻止了穿梭效应。经PVA修饰的CNT阴极可稳定运行 3000 小时以上，容量和循环寿命显著提高。我们通过原位拉曼光谱、原位光学显微摄影和DFT计算分析了聚碘化物在PVA水凝胶中独特的快速传输行为。研究发现，碘在PVA 链上的强结合力和较低的解离能是降低穿梭效应和实现聚碘化物快速传输的主要原因。因此，组装好的PVA-I2袋状电池在双镀电池和传统型电池中都表现出了优异的性能。

图文简介

图解a )碘离子被氧化并沉积在正极集流体上；b ) PVA为聚碘提供快速传输通道。c )碘氧化有/没有PVA的化学反应。d )碘粒子在PVA水凝胶中扩散的光学照片(顶部)和PVA水凝胶从KI/I2水溶液中吸附聚碘的光学照片(底部)。e ) I3 -和I5 -聚碘和PVA链的静电势映射。f )碘和PVA-I复合物的EIS。g )纯PVA膜(顶部)和浸有KI/I2水溶液的PVA膜(底部)的一维和二维SAXS图案。

纯CNT阴极和PVA/CNT阴极双电镀Zn-I电池的电化学性能

原位光学显微成像监测充放电过程中铂丝上的碘沉积/剥离现象

使用a ) CNT和b ) PVA/CNT基阴极的原位电化学拉曼光谱。c )比较CNT和PVA/CNT电池在充电/放电过程中I5-信号的拉曼峰强度。d ) PVA/CNT基阴极的ToF-SIMS元素的3D渲染覆盖。计算模拟了e )三碘化物和f )五碘化物沿PVA链的离子输运图。g )相对能量与距离Z的关系。

以PVA/CNT为阴极的Zn-I电池的电池性能

论文信息

通讯作者： Shujiang Ding