Bidirectional Confined Redox Catalysis Manipulated Quasi‐Solid Iodine Conversion for Shuttle‐Free Solid‐State Zn‐I2 Battery

氧化还原 固态 化学 催化作用 无机化学 材料科学 电池(电) 化学工程 固溶体 物理化学 热力学 物理 有机化学 冶金 功率(物理) 工程类
作者
Mingli Wang,Jingkang Ma,Hong Zhang,Lin Fu,Xinliang Li,Ke Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (12): e2307021-e2307021 被引量:25
标识
DOI:10.1002/smll.202307021
摘要

Electrochemically reversible conversion of I2/I- redox couple in a controllable iodine speciation manner is the eternal target for practical metal-iodine batteries. This contribution demonstrates an advanced polyiodide-free Zn-I2 battery achieved by the bidirectional confined redox catalysis-directed quasi-solid iodine conversion. A core-shell structured iodine cathode is fabricated by integrating multiporous Prussian blue nanocubes as a catalytic mediator, and the polypyrrole sheath afforded a confinement environment that favored the iodine redox. The zincate Znx+1FeIII/II[Fe(CN)6]y has substantially faster zinc-ion intercalation kinetics and overlapping kinetic voltage profiles compared with the I2/ZnI2 redox, and behave as a redox mediator that catalyze reduction of polyiodides via chemical redox reactions during battery discharging and an exemplary reaction is Zn(I3)2+2Znx+1FeII[Fe(CN)6]y=3ZnI2+2ZnxFeIII[Fe(CN)6]y,ΔG=-19.3 kJ mol-1). During the following recharging process, the electrodeposited ZnI2 can be facially activated by iron redox hotspots, and the ZnxFe[FeIII/II(CN)6]y served as a cation-transfer mediator and spontaneously catalyze polyiodides oxidation (Zn(I3)2+2ZnxFe[FeIII(CN)6]y=3I2+2Znx+1Fe[FeII(CN)6]y,ΔG = -7.72 kJ mol-1), manipulating the reversible one-step conversion of ZnI2 back to I2. Accordingly, a flexible solid-state battery employing the designed cathode can deliver an energy density of 215 Wh kgiodine -1.
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