支春义/李洪飞Small Methods: 限制碘转化化学实现高倍率水系铝离子电池

大多数报道的用于可充电水系铝金属电池的正极材料都是基于嵌入型化学机制，但都表现出较差的电化学动力学和不令人满意的长期稳定性，而具有转化反应机制的碘正极因具有高理论容量和海洋丰度正引起广泛关注。

在此，松山湖材料实验室支春义教授、李洪飞副研究员等人将碘嵌入 MOF衍生的N掺杂微孔碳多面体（I₂@ZIF-8-C）作为基于“盐包水”电解液的水系铝离子电池的转换型正极材料。

与使用离子液体电解液的传统 Al-I₂电池相比，本研究所提出的水系Al-I₂电池在比容量和电压平台方面都表现出大大增强的电化学性能。

图1. I₂@ZIF-8-C电极的合成与表征

受益于碘在分级N掺杂微孔碳多面体中的受限液固转化和增强的水系电解液反应动力学，I₂@ZIF-8-C电极具有高可逆性、优异的比容量（在2 A g^-1时≈219.8 mAh g^-1）和高倍率性能（在8 A g^-1时≈102.6 mAh g^-1）。

通过非原位拉曼光谱和XPS证实了以I₃^–和I₅^–作为中间产物的I₂和I^–之间的可逆反应。此外，基于固态水凝胶电解质制造的柔性Al-I₂电池，其性能可与使用液体电解质的电池相媲美，并可集成到可穿戴设备中作为可靠的能源供应。

图2. 柔性Al-I₂电池的电化学性能及实际应用

High-Rate Aqueous Aluminum-Ion Batteries Enabled by Confined Iodine Conversion Chemistry, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100611

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