ポリジドのシャトル効果を抑制し、亜鉛イオンの堆積を調節して水性Zn-I2バッテリーのサイクル寿命を強化する

亜鉛ヨウ素（Zn-I2）バッテリーなどの水性Znベースのエネルギー貯蔵装置のブームは、安全で持続可能なエネルギー貯蔵技術に非常に適しています。しかし、充電可能なZn-I2バッテリーでは、ポリオヨウ化物イオンのシャトル現象は通常、ヨウ素カソードと亜鉛陽極の両方に起因する不可逆的な容量損失につながり、したがってバッテリーのサイクル寿命を妨げます。ここでは、ポリビニルアルコール（PVA）の非毒性、生体適合性、経済的ポリマーが電解質添加剤として利用されています。包括的な分析と計算結果に基づいて、PVA添加剤は、ポリヨウ化物イオンと結合エネルギーとの特異的な相互作用により、亜鉛アノード表面へのポリオヨウ化物イオンの移動を効果的に抑制し、それによってポリオウジドイオン間の副作用を軽減できることが明らかです。と亜鉛。同時に、水分子の水素結合ネットワークは、PVA添加剤内の豊富なヒドロキシル基のために破壊され、水活性の低下と亜鉛腐食の緩和につながります。さらに、亜鉛アノード表面上のPVAの優先的な吸着により、亜鉛イオンの堆積環境が調整され、その核形成過剰増加が増加します。Zn-I2バッテリー。この調査により、ユーザーフレンドリーで高性能ZN-I2バッテリーの開発に影響を与えました。

The boom of aqueous Zn-based energy storage devices, such as zinc-iodine (Zn-I2) batteries, is quite suitable for safe and sustainable energy storage technologies. However, in rechargeable aqueous Zn-I2 batteries, the shuttle phenomenon of polyiodide ions usually leads to irreversible capacity loss resulting from both the iodine cathode and the zinc anode, and thus impinges on the cycle lifespan of the battery. Herein, a nontoxic, biocompatible, and economical polymer of polyvinyl alcohol (PVA) is exploited as an electrolyte additive. Based on comprehensive analysis and computational results, it is evident that the PVA additive, owing to its specific interaction with polyiodide ions and lower binding energy, can effectively suppress the migration of polyiodide ions towards the zinc anode surface, thereby mitigating adverse reactions between polyiodide ions and zinc. Simultaneously, the hydrogen bond network of water molecules is disrupted due to the abundant hydroxyl groups within the PVA additive, leading to a decrease in water activity and mitigating zinc corrosion. Further, because of the preferential adsorption of PVA on the zinc anode surface, the deposition environment for zinc ions is adjusted and its nucleation overpotential increases, which is favorable for the dense and uniform deposition of zinc ions, thus ensuring the improvement of the performance of the Zn-I2 battery. This investigation has inspired the development of a user-friendly and high-performance Zn-I2 battery.