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Halogen-bond chemistry-rectified hypervalent tellurium redox kinetics towards high-energy Zn batteries
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-12-03 , DOI: 10.1039/d4ee04806g
Jintu Qi 1 , Yongchao Tang 1, 2 , Yue Wei 3 , Guigui Liu 1 , Jianping Yan 1 , Zhenfeng Feng 1 , Zixin Han 1 , Minghui Ye 1 , Wencheng Du 2, 4 , Qi Yang 5 , Yufei Zhang 1, 2 , Zhipeng Wen 1, 2 , Xiaoqing Liu 1, 2 , Cheng Chao Li 1, 2
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-12-03 , DOI: 10.1039/d4ee04806g
Jintu Qi 1 , Yongchao Tang 1, 2 , Yue Wei 3 , Guigui Liu 1 , Jianping Yan 1 , Zhenfeng Feng 1 , Zixin Han 1 , Minghui Ye 1 , Wencheng Du 2, 4 , Qi Yang 5 , Yufei Zhang 1, 2 , Zhipeng Wen 1, 2 , Xiaoqing Liu 1, 2 , Cheng Chao Li 1, 2
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Hypervalent Te redox (Te0/Te4+) in ionic liquid electrolytes (ILEs) is promising for energetic Zn batteries. However, the energy contribution of Te0/Te4+ is only one-third of the total redox-amphoteric conversion, so the contribution should be maximized for energy upgradation. The underlying kinetics-limited factor is vital but usually overlooked in previous explorations. Herein, we unlock a halogen-bond chemistry-rectified Te0/Te4+ redox with an almost maximized contribution for 700 W h kgTe−1 Zn batteries. The Zn–X bond barriers in ZnX42− (X = Cl, Br) species from ILEs play crucial roles in rectifying the Te0/Te4+ redox kinetics, especially in localized concentrated ILEs, resulting in sharply different redox conversion depths. When ZnBr42− with a weak Zn–Br bond (34.96 kcal mol−1) is used as the activator, the Te0/Te4+ redox contribution can be maximized to ∼90.0% over 5000 cycles at 5 A g−1, 1.8-fold higher than that with the ZnCl42− activator via the strong Zn–Cl bond (102.81 kcal mol−1), and surpassing those in most aqueous systems (ca. 33.0%). This work decodes the halogen-bond chemistry-rectified kinetics to maximize the hypervalent redox contribution towards high-energy Zn batteries, which could apply to other chalcogen conversion batteries.
中文翻译:
卤素键化学整流的高价碲氧化还原动力学对高能 Zn 电池的分析
离子液体电解质 (ILE) 中的高价 Te氧化还原 (Te 0/Te4+) 在高能锌电池中很有前景。然而,Te0/Te4+ 的能量贡献仅为总氧化还原-两性转换的三分之一,因此对于能量升级,该贡献应最大化。潜在的动力学限制因素至关重要,但在以前的探索中通常被忽视。在此,我们解锁了卤素键化学整流的 Te0/Te4+ 氧化还原,对 700 W h kg Te-1 Zn 电池的贡献几乎最大。来自 LITE 的 ZnX42− (X = Cl, Br) 物种中的 Zn-X 键阻挡层在纠正 Te0/Te4+ 氧化还原动力学中起着至关重要的作用,尤其是在局部浓缩的 ILE 中,导致氧化还原转化深度截然不同。当使用具有弱 Zn-Br 键 (34.96 kcal mol-1) 的 ZnBr42− 作为活化剂时,在 5 A g-1 下,Te0/Te4+ 氧化还原贡献可以在 5000 次循环中最大化至 ∼90.0%,比使用 ZnCl42− 活化剂通过强 Zn-Cl 键 (102.81 kcal mol-1),并超过了大多数水性体系中的那些 (约 33.0%)。 这项工作解码卤素键化学整流动力学,以最大限度地提高高价氧化还原对高能 Zn 电池的贡献,这可能适用于其他硫族元转换电池。
更新日期:2024-12-03
中文翻译:

卤素键化学整流的高价碲氧化还原动力学对高能 Zn 电池的分析
离子液体电解质 (ILE) 中的高价 Te氧化还原 (Te 0/Te4+) 在高能锌电池中很有前景。然而,Te0/Te4+ 的能量贡献仅为总氧化还原-两性转换的三分之一,因此对于能量升级,该贡献应最大化。潜在的动力学限制因素至关重要,但在以前的探索中通常被忽视。在此,我们解锁了卤素键化学整流的 Te0/Te4+ 氧化还原,对 700 W h kg Te-1 Zn 电池的贡献几乎最大。来自 LITE 的 ZnX42− (X = Cl, Br) 物种中的 Zn-X 键阻挡层在纠正 Te0/Te4+ 氧化还原动力学中起着至关重要的作用,尤其是在局部浓缩的 ILE 中,导致氧化还原转化深度截然不同。当使用具有弱 Zn-Br 键 (34.96 kcal mol-1) 的 ZnBr42− 作为活化剂时,在 5 A g-1 下,Te0/Te4+ 氧化还原贡献可以在 5000 次循环中最大化至 ∼90.0%,比使用 ZnCl42− 活化剂通过强 Zn-Cl 键 (102.81 kcal mol-1),并超过了大多数水性体系中的那些 (约 33.0%)。 这项工作解码卤素键化学整流动力学,以最大限度地提高高价氧化还原对高能 Zn 电池的贡献,这可能适用于其他硫族元转换电池。