背景介紹

鋰碘電池具有能量密度高、功率密度優(yōu)異、可持續(xù)性好和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域是極具有吸引力的。

然而，鋰碘電池的正極存在嚴(yán)重的熱力學(xué)不穩(wěn)定性和穿梭問(wèn)題，困擾著活性碘負(fù)載、容量保持和可循環(huán)性。

與傳統(tǒng)插層式的鋰電池不同，鋰碘電池是利用氧化還原的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)高能量和高功率密度的。

目前，鋰碘電池存在的問(wèn)題：1. 碘的氧化還原活性普遍受到化學(xué)鍵的限制，大多數(shù)碘化物表現(xiàn)出電化學(xué)惰性，不符合電池的氧化還原要求；2. 已報(bào)道的碘化物，如PVPI和LiI，由于聚合物鏈結(jié)構(gòu)大或不穩(wěn)定的鍵合而在空氣中氧化，導(dǎo)致碘含量低，極大地限制了作為碘基正極的應(yīng)用。

有研究者采用多孔或二維層狀載體的方法儲(chǔ)碘，由于碘的高升華性而引入大量的非活性物質(zhì)，而且固定效果有限。還有部分報(bào)道利用電解液調(diào)節(jié)，但該該方法成本高且不可控，活性碘利用率低。

工作簡(jiǎn)介

香港城市大學(xué)的支春義教授團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種高熱穩(wěn)定的I-/I3-鍵合的有機(jī)鹽，碘含量高達(dá)80%用作可充電鋰碘電池的正極材料。甲胺氫碘化物（CH6NI，MAI）或四丁基三碘化銨（C16H36NI3，TBAI3）中的碘在不犧牲氧化還原活性的前提下通過(guò)與有機(jī)基團(tuán)的化學(xué)鍵合來(lái)穩(wěn)定。計(jì)算表明，MAI和TBAI3中的碘含量分別為80 wt%和61 wt%。

圖片來(lái)源：文獻(xiàn)官網(wǎng)

該有機(jī)碘鹽作為鋰碘電池的正極實(shí)現(xiàn)了0.5 C下173.6 mAh g?1MAI（217 mAh g?1I）的比容量，50 C下133.1mAh g?1MAI的比容量。5 C下10000次循環(huán)（超5 個(gè)月）容量保持率達(dá)98.3%。

內(nèi)容詳情

MAI和TBAI3的分子結(jié)構(gòu)以及有機(jī)陽(yáng)離子與 I-/I3-陰離子之間的靜電相互作用；MAI和TBAI3的掃描電鏡圖。（圖片來(lái)源，論文截圖）

已報(bào)道的金屬-碘電池中正極材料碘含量的比較（圖片來(lái)源：論文截圖）

a）CV曲線；b）還原氧化峰值電流與掃描速率平方根的線性擬合；c）EIS測(cè)試；d）充/放電電壓曲線；e）放電倍率；f）不同碘基電池的Ragone圖。（圖片來(lái)源：論文截圖）

根據(jù)分析得出的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)機(jī)制（圖片來(lái)源：論文截圖）

Li-MAI電池在5 C下超5 個(gè)月充/放電循環(huán)（圖片來(lái)源：論文截圖）

總結(jié)

1. 作者開(kāi)發(fā)了熱穩(wěn)定的且具有電化學(xué)活性的I-/I3-鍵合有機(jī)鹽作為可充電Li-I2電池的正極。

2. 其中，MAI和TBAI3的碘含量分別高達(dá)80 wt%和61 wt%。

3. 可充電Li-I2電池在0.5 C下提供了接近理論值的比容量173.6 mAh g-1MAI（217 mAh g-1I）和2.9 V的電壓平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了504 Wh kg-1的高能量密度MAI / 631 Wh kg-1I。得益于碘的快氧化還原動(dòng)力學(xué)，在20 C和50 C下容量保持率分別為88.8%和78.1%。

4. 碘化物和有機(jī)基團(tuán)之間的強(qiáng)吸附顯著阻礙了穿梭效應(yīng)，從而使具有高容量并消除了陽(yáng)極腐蝕，延長(zhǎng)了使用壽命。5 C下10 000 次循環(huán)的容量保持率為98.3%，這是有史以來(lái)報(bào)道的 具有最長(zhǎng)壽命的Li-I2電池。

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