目前的商用锂电池较慢的锂离子脱嵌动力学过程导致了其较低的功率密度，而超级电容器高功率密度的储能器件也因能量密度较低限制了其大规模应用。而锂碘电池具有进行快速电化学转化的氧化还原对（I- / I3-），理论比容量高，可以在高电压（2.0-3.8 V）范围内工作；同时溶解的氧化还原对（I- / I3-）可以消除固体电极的晶格势垒的影响并降低传统锂电的内阻，从而提供高功率性能。

但锂碘电池仍存在以下类似锂电池的问题：（1）碘在电解质中的溶解可能会损坏阴极的完整性；（2）碘对Li阳极的梭动作用可能腐蚀并破坏锂阳极，从而导致低库仑效率，较差的循环性能和较短的电池寿命。如图1所示，在Li-I2电池的阴极和隔板之间插入中间层，是一种避免溶解和穿梭效应的有效方法。理想情况下，用于构建中间层的材料应能够与I2氧化还原对进行化学或物理相互作用，具备较高的导电性且高度多孔，以创建大量的活性位点。同时I2/I- / I3-的快速吸脱附可以在电池中间层表面上产生明显的赝电容效应。然而目前的中间层材料多为昂贵的石墨烯、碳纳米管、碳纤维以及MXene，亟需开发一种绿色和可持续的生物质基碳材料。

图1. 锂碘电池中中间层材料的工作机理示意图.

3.材料表征

图5A和5B显示了HCM-5的SEM图像，该结构具有由盐晶体模板通过快速冷冻过程形成的发达的孔结构。在TEM下观察到超薄蜂窝状骨架（图5C），并且大量纳米孔均匀分布在超薄骨架上（图5D）。显然，图6中典型的IV型曲线的磁滞回线表示多孔结构，主要孔径分布的测量值为3.84 nm。此外，HCM-5的比表面积也是最高，其值为343.3 m2 g-1, 这表明HCM-5具有发达的蜂窝状骨架结构和潜在的强物理吸附性。

图6. 所得HCM样品的氮气吸脱附曲线与孔径分布

4. 电化学性能

图7A以不同的速率（2~10 mV·S -1）显示了近乎矩形的CV曲线，提供了明显的伪电容电荷存储。图7B~7F显示了在不同速率下对总碘存储的伪电容贡献，预期以2 mV·S -1的速率获得55.8％的伪电容贡献，并且在4、6、8、10 mV·S -1的扫描速率下，伪电容贡献逐渐增加至62.2％，66.8％，70.7％和74.3％。如此高的赝电容贡献证明了在HCM层触发的碘耦合快速氧化还原反应。

图7. 带有HCM-5中间层的锂碘电池的CV曲线和计算出的电容贡献

四、文章总结