洁净煤技术

作者：周文, 贾德东, 沈泽龙, 桑元华, 何孝军

关键词：MOFs衍生碳,氮掺杂,多级孔,锌碘电池,正极材料

多碘化合物的溶解所导致的穿梭效应是制约锌−碘电池（Zn−I2）性能的关键问题。作为Zn−I2电池重要的电极材料之一，多孔碳材料的孔结构和表面化学组成会显著影响Zn−I2电池的性能。采用机械球磨的方法，以纳米氧化锌为模板和金属离子源实现了百克级ZIF-8@ZnO的制备，借助纳米ZnO的物理限域作用和ZIF-8中丰富的微孔及高氮含量，高温热解后获得了大量介孔和微孔共存的N掺杂多孔碳（记为NC-x，x为热解温度）。将NC-x应用于电解质Zn−I2电池，详细研究了其孔结构、N掺杂种类和原子数量百分比等对Zn−I2电池性能的影响：介孔可以缩短电解质的扩散路径，并有效存储所产生的多碘化物，而微孔可以高效吸附I−并抑制\mathrmI_3^- 的生成；石墨氮能够显著提高导电性，吡啶氮和吡咯氮作为化学吸附点，增强了碘物种与碳材料之间的作用力，有效抑制穿梭效应。得益于最优的孔结构、掺杂N类型和含量，NC-1000表现出最佳的电化学性能：高容量（1 A/g时为248.6 mAh/g）、出色的倍率性能（在20 A/g时保持86.1 mAh/g），和优异的循环稳定性（10 A/g下16 000次循环后具有90%容量保持率）。综上所述，通过合理的孔径设计和表面组成调控，可以显著提高多孔碳基Zn−I2电池的性能。

来源：2025年第12期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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