High-performance rechargeable lithium-iodine batteries using triiodide/iodide redox couples in an aqueous cathode

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作者
Yu Zhao,Lina Wang,Hye Ryung Byon
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1) 被引量:255
标识
DOI:10.1038/ncomms2907
摘要

Development of promising battery systems is being intensified to fulfil the needs of long-driving-ranged electric vehicles. The successful candidates for new generation batteries should have higher energy densities than those of currently used batteries and reasonable rechargeability. Here we report that aqueous lithium-iodine batteries based on the triiodide/iodide redox reaction show a high battery performance. By using iodine transformed to triiodide in an aqueous iodide, an aqueous cathode involving the triiodide/iodide redox reaction in a stable potential window avoiding water electrolysis is demonstrated for lithium-iodine batteries. The high solubility of triiodide/iodide redox couples results in an energy density of ~ 0.33 kWh kg−1, approximately twice that of lithium-ion batteries. The reversible redox reaction without the formation of resistive solid products promotes rechargeability, demonstrating 100 cycles with negligible capacity fading. A low cost, non-flammable and heavy-metal-free aqueous cathode can contribute to the feasibility of scale-up of lithium-iodine batteries for practical energy storage. Aqueous lithium batteries can store more energy because of their high ionic conductivity compared with the all-solid-state or non-aqueous electrolyte based counterparts. Zhao et al. report a large energy storage density by using safe and low-cost triiodide/iodide redox reaction in an aqueous cathode.
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