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A MXene Modulator Enabled High‐Loading Iodine Composite Cathode for Stable and High‐Energy‐Density Zn‐I2 Battery
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-11-16 , DOI: 10.1002/aenm.202404426 Dandan Li, Ying‐Jie Zhu, Long Cheng, Sida Xie, Han‐Ping Yu, Wei Zhang, Zhenming Xu, Ming‐Guo Ma, Heng Li
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-11-16 , DOI: 10.1002/aenm.202404426 Dandan Li, Ying‐Jie Zhu, Long Cheng, Sida Xie, Han‐Ping Yu, Wei Zhang, Zhenming Xu, Ming‐Guo Ma, Heng Li
Achieving both high iodine loading cathode and high Zn anode depth of discharge (DOD) is pivotal to unlocking the full potential of energy‐dense Zn‐I2 batteries. However, this combination exacerbates the detrimental shuttle effect of polyiodide intermediates, significantly impairing the battery's reversibility and stability. Herein, this study reports an advanced high‐loading iodine cathode (denoted as MX‐AB@I) enabled by a multifunctional Ti3 C2 Tx MXene modulator, which presents high stability and energy density in Zn‐I2 batteries. Through comprehensive experimental and theoretical analyses, the intrinsic regulating mechanisms are elucidated by which the MXene modulator effectively suppresses polyiodide shuttling, enhances iodine conversion kinetics, and dramatically improves Zn anode reversibility. With the aid of the MXene modulator, the MX‐AB@I composite cathode achieves a high iodine mass loading of 23 mg cm−2 and realizes a practically high areal capacity of 4.0 mAh cm−2 . When paired with a thin Zn anode (10 µm), this configuration realizes a high Zn DOD of 78.7% and a high energy density of 171.3 Wh kg−1 , surpassing the majority of Zn‐I2 battery systems reported in the literature. This study presents an effective approach to designing high‐loading iodine cathodes for Zn‐I2 batteries by leveraging MXene modulators to regulate critical electrochemical reaction processes.
中文翻译:
MXene 调制器实现高负载碘复合阴极,用于稳定和高能量密度的 Zn-I2 电池
实现高碘负载阴极和高 Zn 负极放电深度 (DOD) 对于释放能量密集的 Zn-I2 电池的全部潜力至关重要。然而,这种组合加剧了聚碘化物中间体的有害穿梭效应,显着损害了电池的可逆性和稳定性。在此,本研究报道了一种由多功能 Ti3C2Tx MXene 调制器实现的先进高负载碘阴极(表示为 MX-AB@I),它在 Zn-I2 电池中表现出高稳定性和能量密度。通过全面的实验和理论分析,阐明了 MXene 调节剂有效抑制聚碘穿梭、增强碘转化动力学并显着提高 Zn 负极可逆性的内在调控机制。在 MXene 调制器的帮助下,MX-AB@I 复合阴极实现了 23 mg cm-2 的高碘质量负载量,并实现了 4.0 mAh cm-2 的几乎高面容量。当与薄 Zn 阳极 (10 μm) 配对时,这种配置实现了 78.7% 的高 Zn DOD 和 171.3 Wh kg-1 的高能量密度,超过了文献中报道的大多数 Zn-I2 电池系统。本研究提出了一种通过利用 MXene 调制器调节关键的电化学反应过程来设计 Zn-I2 电池高负载碘阴极的有效方法。
更新日期:2024-11-16
中文翻译:
MXene 调制器实现高负载碘复合阴极,用于稳定和高能量密度的 Zn-I2 电池
实现高碘负载阴极和高 Zn 负极放电深度 (DOD) 对于释放能量密集的 Zn-I2 电池的全部潜力至关重要。然而,这种组合加剧了聚碘化物中间体的有害穿梭效应,显着损害了电池的可逆性和稳定性。在此,本研究报道了一种由多功能 Ti3C2Tx MXene 调制器实现的先进高负载碘阴极(表示为 MX-AB@I),它在 Zn-I2 电池中表现出高稳定性和能量密度。通过全面的实验和理论分析,阐明了 MXene 调节剂有效抑制聚碘穿梭、增强碘转化动力学并显着提高 Zn 负极可逆性的内在调控机制。在 MXene 调制器的帮助下,MX-AB@I 复合阴极实现了 23 mg cm-2 的高碘质量负载量,并实现了 4.0 mAh cm-2 的几乎高面容量。当与薄 Zn 阳极 (10 μm) 配对时,这种配置实现了 78.7% 的高 Zn DOD 和 171.3 Wh kg-1 的高能量密度,超过了文献中报道的大多数 Zn-I2 电池系统。本研究提出了一种通过利用 MXene 调制器调节关键的电化学反应过程来设计 Zn-I2 电池高负载碘阴极的有效方法。