High Efficiency Alkaline Iodine Batteries with Multi‐Electron Transfer Enabled by Bi/Bi2O3 Redox Mediator

氧化还原 化学 电解质 电子转移 阳极 阴极 无机化学 水溶液 动力学 电极 光化学 物理化学 量子力学 物理
作者
Wenjiao Ma,Jinye Li,Huijian Wang,Chengjun Lei,Xiao Liang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202410994
摘要

The multi‐electron transfer I‐/IO3‐ redox couple is attractive for high energy aqueous batteries. Shifting from an acidic to an alkaline electrolyte significantly enhances the IO3‐ formation kinetics due to the spontaneous disproportionation reaction, while the alkaline environment also offers more favorable Zn anode compatibility. However, sluggish kinetics during the reduction of IO3‐ persists in both acidic and alkaline electrolytes, compromising the energy efficiency of this glorious redox couple. Here, we establish the fundamental redox mechanism of the I‐/IO3‐ couple in alkaline electrolytes for the first time and propose that Bi/Bi2O3 acts as a redox mediator (RM) to “catalyze” the reduction of IO3‐. This mediation significantly reduces the voltage gap between charge/discharge from 1.6 V to 1 V with improved conversion efficiency and rate capability. By pairing the Zn anode and the Bi/Bi2O3 RM cathode, the full battery with I‐/IO3‐ redox mechanism achieves high areal capacity of 12 mAh cm‐2 and stable operation at 5 mAh cm‐2 for over 400 cycles.
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