研究背景

由于高理論容量和自然資源豐富(50-60 ug L海水-1)等特點，碘被用于新型電池儲能材料。但是，其導(dǎo)電性差、反應(yīng)過程復(fù)雜以及中間產(chǎn)物易穿梭等問題，嚴重阻礙了鋅-碘電池的實際應(yīng)用。此外，碘高溫易升華會導(dǎo)致穿梭效應(yīng)加劇，加快鋅的腐蝕并導(dǎo)致容量快速衰減，從而給鋅-碘電池的高溫應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。因此，設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)提高載體材料導(dǎo)電性，加快中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化速率對于開發(fā)先進的碘基正極，并對其作用機制進行深入探索具有重要意義。

近日，山東大學(xué)張進濤教授課題組通過模板法和熔融鹽輔助法設(shè)計了分級多孔碳負載高分散Fe2N團簇的載體材料，有效提升了材料的吸附和催化性能，耦合“吸附+催化”作用，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性，實現(xiàn)了鋅-碘電池高溫應(yīng)用。

其成果以題為“Synergic anchoring of Fe2N nanoclusterson porous carbon to enhance?reversible conversion of iodine for high-temperaturezinc-iodine battery”發(fā)表在Nano Energy上。 ?

研究亮點

通過模板法和熔融鹽輔助法設(shè)計了分級多孔碳負載高分散Fe2N團簇的結(jié)構(gòu)有效提升了碘的負載，其中分級多孔碳提供充足的空間容納碘，高分散Fe2N團簇有效增強碘的吸附。

原位拉曼和理論計算揭示高分散Fe2N團簇獨特的結(jié)構(gòu)有效調(diào)節(jié)表面電荷性質(zhì)，從而提升碘的反應(yīng)動力學(xué)，實現(xiàn)I2/I-的直接轉(zhuǎn)化，避免多碘化物產(chǎn)生。

PC@Fe2N-4優(yōu)異的“吸附+催化”特性有效降低了高溫碘升華對電池性能的影響，電池在60 ℃也能循環(huán)5000圈，實現(xiàn)鋅-碘電池高溫應(yīng)用。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?PC@Fe2N-4材料的合成示意圖及結(jié)構(gòu)分析

? 圖2. 結(jié)構(gòu)和吸附性能表征 ?

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圖3. 電化學(xué)行為及動力學(xué)分析

? 圖4.?機理分析

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圖5.?軟包性能及高溫機理分析 ?



▲從掃描和透射的結(jié)果顯示PC@Fe2N呈現(xiàn)出類蜂窩狀的形貌，表面均勻分散著Fe2N納米團簇，這種獨特的多孔結(jié)構(gòu)可以有效增大材料的比表面積，同時暴露更多活性位點，增強材料的吸附以及催化性能。電化學(xué)性能測試表明，PC@Fe2N-4的高導(dǎo)電和優(yōu)異的催化活性有效促進電荷傳遞，較低的活化能使PC@Fe2N-4/I2具有更快速的氧化還原動力學(xué)。結(jié)合理化分析手段，PC@Fe2N-4/I2表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能，循環(huán)20000圈之后，容量保持率依然維持在80 %以上，同時在60 ℃下循環(huán)5000圈也能獲得70 %的容量保持率。 ?

研究總結(jié)

綜上所述，該工作通過模板法和熔融鹽輔助法設(shè)計了分級多孔碳負載高分散Fe2N團簇主體材料，耦合“吸附+催化”作用，提升了碘的負載，增強碘的吸附，同時高分散Fe2N團簇有效改善碳材料表面電荷性質(zhì)，提高碘的催化轉(zhuǎn)化速率，從而緩解碘在高溫下的升華和穿梭效應(yīng)，組裝的鋅-碘電池展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，實現(xiàn)了高溫應(yīng)用。 ?

審核編輯：劉清