一种钴物种限域于氮掺杂多孔碳中的碘基正极材料
知识产权简介
本发明公开了一种用于水系锌-碘电池的钴物种限域于氮掺杂多孔碳中的碘基正极材料及其制备方法和应用。该正极材料包括氮掺杂多孔碳载体、限域于多孔碳骨架中的钴物种以及负载于孔道中的碘活性物质。通过结合冷冻干燥与惰性气氛热解技术，利用引入的尿素分解所产生的氨气进行碳材料表面的原位氮掺杂，得益于热解过程所衍生构建的多级孔结构实现了钴物种的高效限域锚定。所得正极材料能够提升碘活性物质的利用率和结构稳定性，从而改善水系锌-碘电池的倍率性能和循环稳定性。
转化前景
水系锌碘电池因其安全性高、成本低、环境友好等优点，在大规模储能领域具有广阔应用前景。然而，现有锌碘电池通常基于I⁻/I₂单电子反应，其理论容量和能量密度有限。同时，碘及多碘化物存在电导率低、易溶解并发生穿梭效应等问题，导致容量衰减和循环稳定性不足。为改善上述问题，研究者普遍采用多孔碳、导电聚合物或复合材料作为碘载体，以增强碘的固定能力。但纯碳材料与碘物种之间主要依赖物理吸附或弱相互作用，难以在高倍率或长循环条件下有效抑制多碘化物的迁移，且碘的氧化还原动力学仍然迟缓。因此，亟需一种结构与组成可控，能够同时增强碘吸附能力并催化其氧化还原反应的正极材料，以实现高性能水系锌碘电池。 本发明的目的在于提供一种钴物种限域于氮掺杂多孔碳中的碘基正极材料，通过在氮掺杂多孔碳骨架中引入高度分散的钴物种，实现对碘及多碘化物限域能力的增强，并改善碘物种的电化学反应过程，从而显著提升水系锌碘电池的倍率性能和循环稳定性，十分具有产业化前景。