Elucidating Synergistic Mechanism of Zinc Single‐Atom Sites and Lewis Acid–Base Pairs to Boost Zinc–Iodine Batteries Performance

路易斯酸 材料科学 Atom(片上系统) 基础(拓扑) 机制(生物学) 无机化学 组合化学 有机化学 冶金 催化作用 化学 计算机科学 数学分析 哲学 数学 认识论 嵌入式系统
作者
Yuliang Zhao,Yiyang Wang,Wenjuan Xue,Hongliang Huang,Jianwei Li,Chuangang Hu,Dong Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202422677
摘要

Abstract Zinc–iodine batteries (ZIBs) are promising energy storage devices due to their nonflammable aqueous electrolyte and intrinsically safe zinc (Zn) anode but encounters thorny challenges, including soluble polyiodides shuttling and sluggish iodine redox kinetics. Here, an ionic porous organic polymers (iPOPs) with Lewis acid–base pairs (e.g., pyridine cation and free Br − ) and Zn single‐atom sites (iPOP‐TPyPZn) is developed as an advanced I 2 host to notably enhance the performance of ZIBs. The iPOP‐TPyPZn can not only significantly prevent polyiodides shuttling via the synergy of Lewis acid–base pairs but also expedite redox kinetics of I 2 species through the combined action of Lewis acid sites and Zn single‐atom catalytic sites. Benefiting from the double synergistic mechanism, the assembled ZIBs with I 2 loaded iPOP‐TPyPZn cathode exhibit outstanding electrochemical performance with ultra‐high cycling stability over 40 000 cycles at 8 A g −1 . Combined in/ex situ spectral characterizations and theoretical calculations clearly reveal the reversible reaction mechanism of I 2 species and the vital role of double synergistic mechanism in enhancing ZIBs performance. This work not only provides a promising path for precise preparation of advanced I 2 hosts but also offers new insights into the reaction mechanism toward metal–I 2 batteries.
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