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

氧化还原 电解质 阳极 化学 阴极 电子转移 无机化学 电化学 动力学 水溶液 化学工程 电极 光化学 物理化学 物理 量子力学 工程类
作者
Wenjiao Ma,Jinye Li,Huijian Wang,Chengjun Lei,Xiao Liang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (52): e202410994-e202410994 被引量:20
标识
DOI:10.1002/anie.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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