A four-electron Zn-I2 aqueous battery enabled by reversible I−/I2/I+ conversion

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作者
Yiping Zou,Tingting Liu,Qijun Du,Yingying Li,Haibo Yi,Xing Zhou,Zhuxin Li,Lujie Gao,Zhang Lan,Xiao Liang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:270
标识
DOI:10.1038/s41467-020-20331-9
摘要

Abstract Electrochemically reversible redox couples that embrace more electron transfer at a higher potential are the eternal target for energy storage batteries. Here, we report a four-electron aqueous zinc-iodine battery by activating the highly reversible I 2 /I + couple (1.83 V vs. Zn/Zn 2+ ) in addition to the typical I − /I 2 couple (1.29 V). This is achieved by intensive solvation of the aqueous electrolyte to yield ICl inter-halogens and to suspend its hydrolysis. Experimental characterization and modelling reveal that limited water activity and sufficient free chloride ions in the electrolyte are crucial for the four-electron process. The merits of the electrolyte also afford to stabilize Zn anode, leading to a reliable Zn-I 2 aqueous battery of 6000 cycles. Owing to high operational voltage and capacity, energy density up to 750 Wh kg −1 based on iodine mass was achieved (15–20 wt% iodine in electrode). It pushes the Zn-I 2 battery to a superior level among these available aqueous batteries.
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