12月1日，史晓东副教授所在团队在能源领域顶级期刊Advanced Energy Materials发表题为“Sulfonated Lignin Binder Blocks Active Iodine Dissolution and Polyiodide Shuttle toward Durable Zinc-Iodine Batteries”的研究论文。海南大学研究生陈志祥（研二）、张杰（研三）和周传聪博士（博四）为论文共同第一作者，史晓东副教授、王志同副教授和田新龙教授为论文共同通讯作者。
海南省地处热带，具有丰富的植物多样性和木质素资源。该研究工作采用木质素衍生物-木质素磺酸钠（LS, C20H24Na2O10S2）作为锌碘电池载碘正极粘结剂，实现了同步抑制活性碘溶解和多碘化物穿梭等问题。实验数据表明（图1a-1c），LS粘结剂含有大量活性官能团（磺酸根、羟基、醚基等），对碘物种具有较强的化学吸附作用。理论计算结果表明（图1d-1f），LS分子单体结构对I2/I-/I3-具有强吸附能，I2/I-的强吸附能有助于抑制活性碘在电解液中的溶解，I3-的强吸附能有助于降低碘负载正极周围I3-/I5-的浓度，抑制多碘化物的穿梭行为。电化学测试结果表明，基于LS粘结剂制作的AC@I2正极具有更窄的氧化还原电压间隙，更快的电荷转移行为和优异的抗自放电性能。
如图1g所示，LS分子单体的静电势分布图具有负电位区（红色）和正电位区（蓝色），能够分别通过静电排斥作用阻碍多碘离子穿梭，通过静电吸引作用吸附碘。得益于上述优势，基于LS粘结剂的AC@I2正极在0.1 A g-1电流密度下循环400圈后的可逆容量为153.6 mAh g-1，在高温测试条件下（50 ℃），0.5 A g-1电流密度下循环500圈比容量也高达152.8 mAh g-1，容量保持率高达82.2%，即使在5 A g-1电流密度下亦可稳定循环12000圈，具有优异的循环稳定性和倍率性能。该工作为水系锌碘电池粘结剂的开发设计提供了参考，有助于推动木质素衍生物在新能源材料与器件领域的应用。
图1 木质素磺酸钠和木质素粘结剂对碘物种和锌碘电池载碘正极的作用机制
该项工作得到了海南大学海洋科技协同创新中心项目（XTCX2022HYC14），国家自然科学基金（52404316，52461040，52274297，52164028和52474325），海南省院士创新平台（YSPTZX202315），海南省自然科学基金（524RC475）和海南大学科研启动基金（KYQD(ZR)-23069, 23169和21124）的支持。此外，该论文相关材料表征工作得到了海南大学皮米电镜中心的大力支持和帮助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202404814
海南大学