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?廈大周堯/李君濤AFM：P摻雜二維碳作為宿主實現(xiàn)無穿梭效應(yīng)Zn-I2電池

Zn-碘(I₂)電池是一種前景廣闊的儲能裝置，尤其是在高I₂負載條件下，但它卻受到可溶性多碘化物中間體穿梭效應(yīng)的困擾。

圖1.?二維P摻雜的碳納米海綿作為高碘負載功能宿主的制備示意圖

廈門大學(xué)周堯、李君濤等報告了具有豐富P摻雜劑（4.2 at%）和大比表面積（1966 m² g^-1）的二維碳納米海綿，它在錨定I₂/I_x-（x = 1、3 或 5）和催化它們相互轉(zhuǎn)化方面具有雙功能作用。

實驗和計算結(jié)果都顯示，電子從摻雜P的位點轉(zhuǎn)移到碘物種上，顯示出很強的界面相互作用。因此，在用作宿主時，它對I₂（3.34 g_iodine g^-1或1.6 mg_iodine m^-2）和I_x-（6.12 g_iodine g^-1或 3.1 mg_iodine m^-2）具有很高的捕獲能力，從而有效地抑制了穿梭效應(yīng)，原位紫外-可見光譜和拉曼光譜也證明了這一點。

圖2.?理論計算

此外，除了有利于碘轉(zhuǎn)化的強界面相互作用外，摻雜P的位點還能催化I₅-向I₂的轉(zhuǎn)化，這是決定速率的一步。因此，高I₂含量（70 wt%）的Zn-I₂電池具有高比容量（220.3 mAh g^-1）、卓越的庫侖效率（>99%）和低自放電率；此外，它們還能在2 A g^-1的條件下穩(wěn)定運行，且在10000次循環(huán)中不會出現(xiàn)容量衰減。

圖3.?Zn-I₂電池性能

Toward Shuttle-Free Zn–I2 Battery: Anchoring and Catalyzing Iodine Conversion by High-Density P-Doping Sites in Carbon Host. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306359

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