海洋科学与工程学院史晓东&田新龙教授在Nano Energy发表锌碘电池研究论文
来源：择校网 时间：2024-12-18 02:15:20
近日，史晓东副教授所在团队在纳米能源领域顶级期刊Nano Energy发表题为“Liner-chain polysaccharide binders with strong chemisorption capability for iodine species enables shuttle-free zinc-iodine batteries”的研究论文。张杰硕士、邱超博士、周传聪博士为论文共同第一作者，史晓东副教授和田新龙教授为论文共同通讯作者。
水性锌碘电池具有资源丰富、低成本、高安全和高比容量等优势，有望应用于规模化电化学储能领域。然而，锌碘电池的实际应用依然受限于载碘正极（CAC@I2）活性碘溶解和多碘化物穿梭等问题。通常来说，多碘化物的形成和穿梭会直接导致载碘正极中活性碘组分的不可逆损耗，降低活性碘利用率。同时，多碘化物也能穿梭到锌负极表面，通过电化学腐蚀降低锌金属利用率。合理设计功能性粘结剂能够提高载碘正极对活性碘的约束能力和对多碘化物的化学吸附作用，从而有效抑制活性碘溶解和多碘化物穿梭等问题。
图1海藻酸钠和聚四氟乙烯粘结剂对碘载正极和锌负极的作用机制示意图
本工作系统探索了一系列线性链状多糖类材料（海藻酸钠，羧甲基壳聚糖，透明质酸钠，羟丙基甲基纤维素，右旋糖酐70等）用作锌碘电池载碘正极粘结剂的可行性。原位光谱表征和理论计算结果表明，海藻酸钠作为线性链状多糖类粘结剂的代表，其具有的醚基和羧基活性官能团对碘物种（I-，I2和I3-）具有较强的化学吸附能力和较强的结合能，有助于抑制多碘化物穿梭和活性碘溶解（图1）。同时，其较低的吉布斯自由能表明海藻酸钠粘结剂的引入有利于提高载碘正极的碘氧化还原反应动力学。受益于这些优点，使用海藻酸钠粘结剂的Zn//CAC@I2电池具有优异的抗自放电能力、高倍率性能和持久的循环稳定性，具体而言，在1 A g-1电流密度下循环8000圈，可逆比容量能够保持在105.2 mAh g-1，在5 A g-1大电流密度条件下循环40000圈，可逆比容量仍有86.3 mAh g-1。该研究工作对于卤素电池高性能粘结剂材料设计、开发和应用具有一定的指导意义，有助于推动多糖类粘结剂在水系储能电池领域的实际应用。
该工作得到了海南大学协同创新基金（XTCX2022HYC14）、国家自然科学基金（52404316, 52461040, 52274297, 52164028，52474325）、海南省院士创新平台（YSPTZX202315）、海南省自然科学基金（524RC475）和海南大学高层次人才科研启动基金（KYQD(ZR)-23069，23169，21124）的支持。此外，该论文相关材料表征工作也得到了海南大学皮米电镜中心的支持和帮助。
