水碘基电化学储能技术被认为是提高当前电池和超级电容器技术可持续性和性能的潜在候选技术之一。这种储能技术利用了纳米多孔碳电极受限几何结构中碘离子、碘和多碘物种的氧化还原活性。然而，目前关于这些物种相互转化的电化学反应机理仍然难以捉摸。

近日，奥地利格拉茨大学Qamar Abbas，Stefan A. Freunberger，Christian Prehal报道了纳米多孔碳中碘化物的电化学氧化形成了持久的固体碘沉积。

文章要点

1）实验装置。研究人员在由活性炭电极（AC）和1 M NaI溶液组成的双电极混合超级电容器电池中进行了原位拉曼和SAXS/WAXS测试。微孔AC的平均孔径为0.81 nm，比表面积为1763 m² g^-1，比孔体积为0.84 cm³ g^-1。碘化物/碘物种氧化还原反应发生在正极，负极仅通过双电层电容储存电荷。正电极处的法拉第电容(电流)将受到同等大小的负电极的电容(电流)的限制。研究人员通过将负交流电极的质量增大10倍来增加正极中的碘含量，以提高法拉第容量，并增强原位的拉曼和SAXS/WAXS信号。

2）原位SAXS/WAXS结果显示，纳米多孔碳的限域作用会减慢多碘化物（I₃^-，I₅^-）的溶解，避免了因穿梭效应而引起的大量自放电。原位拉曼光谱证实了I₃^-，I₅^-的可逆形成。此外，原位SAXS/WAXS表明在碳纳米孔中沉积了大量的固体碘。

3）结合随机模拟，原位SAXS可以在亚纳米尺度上定量固体碘的体积分数，并在三维晶格模型上可视化碘的结构。

该提高碘孔填充容量和防止自放电的策略，适用于混合超级电容器和电池。

Prehal, C., Fitzek, H., Kothleitner, G. et al. Persistent and reversible solid iodine electrodeposition in nanoporous carbons. Nat Commun 11, 4838 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18610-6

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18610-6