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Flexible PEDOT:PSS nanopapers as“anion-cation regulation”synergistic interlayers enabling ultra-stable aqueous zinc-iodine batteries

引用

Journal of Energy Chemistry 2022年第12期75卷 310-320,I0008页

作者： Ying Zhang Tianyu Zhao Shanchen Yang Yaxin Zhang Yue Ma Zhaohui Wang College of Materials Science and Engineering Hunan UniversityChangsha 410082HunanChina State Key Laboratory of Solidification Processing Center for Nano Energy MaterialsSchool of Materials Science and EngineeringNorthwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072ShaanxiChina

aqueous zinc-iodine(Zn-I_(2))batteries are promising candidates for low-cost grid-scale energy storage systems.However,the long-term stability and energy density of the Zn-I_(2)batteries are largely hindered by the lack of feasible and scalable methods that coherently suppress polyiodide shuttling and Zn dendrites growth,especially at high current densities.Herein,a flexible,thin and lightweight poly(3,4-ethy lenedioxythiophene):polystyrene sulfonate(PEDOT:PSS)nanopaper is designed as an“anion-cation regulation”synergistic interlayer to tackle the above issues.The PEDOT:PSS interlayer exhibits a 3D nanofibrous network with uniformly distributed mesopores,abundant polar groups and intrinsic conductivity,which renders an even Zn^(2+)flux at Zn anode and facilitates homogeneous current distributions at I_(2)cathode.Meanwhile,such interlayer can act as physiochemical shield to enhance the utilization of I_(2)cathode via the coulombic repulsion and chemical adsorption effect against polyiodide shuttling.Thus,long-term dendrite-free Zn plating/stripping is achieved at simultaneous high current density and high areal capacity(550 h at 10 m A cm^(-2)/5 m Ah cm^(-2)).Zn-I_(2)batteries harvest a high capacity(230 m Ah g^(-1)at 0.1 A g^(-1))and an ultralong lifespan(>20000 cycles)even at 10 A g^(-1).This work demonstrates the potential use of the multifunctional interlayers for Zn-I_(2)battery configuration innovation by synergistic regulation of cations and anions at the electrodes/electrolyte interface.

关键词： PEDOT:PSS Interlayer Polyiodide shuttling Zn dendrites aqueous zinc-iodine batteries

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