對於電池技術的未來，電力持久性有望提升，碘電池能否取得突破？

文 | 賦墨塵

編輯 | 賦墨塵

前言

科學家們一直在致力於提升電池性能，使我們的電子設備可以更長時間工作，最新的研究帶來了一個令人興奮的突破，他們發明了一種特殊的碘電池，可以存儲更多電能，讓電池更強大、更持久。

這個新型電池的關鍵技術涉及到一種特殊的化學反應，它發生在水性電解質中，利用了碘化物和碘酸鹽之間的鹵素化學反應。

這個反應構建了一個電化學-化學的循環，可以讓電池中的反應發生十二次電子轉移，這是傳統碘電池的六倍。

碘讓電池儲能更給力

在特別設計的水性電解質中，這個新電池表現出色，它不僅可以存儲更多電能，每克可儲存1200毫安時，而且能夠以非常高的能量密度工作，相當於每千克能儲存1357瓦時的電能。

這個研究成果意味著未來的電池將能夠擁有更高的能量密度，使電子設備更強大，已經進行了一些實驗，證明了這種新電池技術的可行性。

包括在鋅碘電池和酸鹼解耦電池中的應用，這個突破性研究有望加速電池技術的發展，為我們的設備提供更持久的電力支持。

電池是我們生活中不可或缺的一部分，我們一直在追求更好的電池技術，讓我們的設備更持久，雖然鋰離子電池已經很先進，但科學家們仍然在不斷努力，尋找更高能量密度的電池技術。

碘具有多種氧化還原狀態，因此可以參與多電子轉移的化學反應，這意味著使用碘可以實現更高能量密度的電池。

傳統的碘電池使用的是雙電子轉移的反應，性能相對較低，但是最近的研究顯示，通過激活高度可逆的碘氧化還原反應，可以實現更高性能的碘電池，這種改進後的電池容量是傳統碘電池的兩倍，使電池能夠儲存更多電能。

還有報道顯示，使用碘的高價態氧化還原反應可以為每個碘分子提供多電子轉移的能力，進一步提高了電池的性能。

這項研究有望為未來的電池技術帶來新的突破，讓我們的設備擁有更強大、更持久的電力支持。

邁向更高能量的新電池技術

傳統的碘電池只能進行雙電子轉移的反應，性能相對有限，但通過激活碘氧化還原反應，可以實現更高性能的碘電池。

這種改進後的電池可以儲存更多電能，容量是傳統碘電池的兩倍。

一些研究嘗試使用碘酸鹽來改進電池性能，雖然之前的嘗試並不理想，但通過適當的電解質和電極設計，可實現可充電的碘電池，從而進一步提高了電池性能。

這項研究展示了碘電池具有潛在的高能量密度，理論上可以儲存更多電能，雖然還需要進一步改進，但這一技術有望為未來電池技術的發展帶來新的可能性，讓我們的電子設備擁有更強大、更持久的電力支持。

在探索更好的電池技術時，科學家們發現碘具有一些有趣的特性，可以用來提高電池性能，在這個過程中，他們也遇到了一些複雜的問題。

碘在電池中可以進行可逆的反應，這意味著它可以多次被氧化和還原。

這對於電池的性能非常有幫助，但有一個問題，就是當碘酸鹽被還原時，它的反應變得複雜，並且效率較低。

電極表面會在反應中生成一些碘，這會加劇碘化物的形成，從而影響電池的性能，還有一個問題是，碘酸鹽的直接還原需要很高的電位，這會導致電池出現高極化，降低了電池性能。

雖然碘在理論上可以提供高能量密度的電池，但一些複雜的化學反應和電化學過程使得實際應用變得更加困難，科學家們正在努力克服這些挑戰，以實現更好的電池技術。

在這項研究中，科學家們採取了一種聰明的方法，以改進電池性能，他們引入了一種叫做溴離子的物質到電池中，這個物質可以幫助解決電池中一些問題。

充電過程中，電池中的碘化物會逐漸變成碘分子和溴化物，而溴化物有一個有趣的特性，可以幫助加速電池反應，使電池更高效。

在放電過程中，溴分子首先變成溴離子，然後變成碘離子，最終完成了一個複雜的十二電子轉移過程，這個過程可以讓電池儲存更多的電能。

通過在電池中添加一種叫做溴化物的物質，科學家們成功地改進了電池的性能，這意味著電池可以更有效地充電和放電，容量更大，可以儲存更多的電能。

這項研究為未來電池技術的發展帶來了新的可能性，讓我們的設備可以更長時間地工作。

碘酸鹽與溴碘酸鹽

顯然，碘電池的工作需要與質子（即氫離子）有關的物質，因此，在這項研究中，科學家們使用了含有氫離子的電解質，其中包括硫酸。

為了更好地了解碘電池的工作原理，科學家們使用了一種特殊的實驗裝置，其中包括三個電極：一個工作電極（用於反應）、一個參比電極（用於比較）、和一個參考電極（用於控制實驗條件）。

在工作電極中，他們使用了一種特殊的高表面積活性炭，以幫助進行反應。

這些實驗幫助科學家們更好地理解了碘電池的氧化還原過程，這對於改進電池性能非常重要，他們使用碘的質量來計算電池的容量和能量密度，以評估電池的性能。

這些實驗結果有助於我們更好地理解如何設計更強大的電池。

溴化鉀改善碘電池性能

碘電池在工作過程中存在一個問題，就是電壓極化，這意味著電池的電壓會在一段時間內降低。

這個問題可以通過循環伏安法（一種電化學實驗方法）來觀察到，實驗結果顯示電池中的反應速度較慢。

實驗中，我們可以看到在電壓0.8 V附近出現了一個峰值，對應著電池中發生的化學反應，這個反應涉及碘化物變成碘酸鹽，在電壓0.5 V處出現了一個峰值，代表著碘的氧化還原過程。

當我們向電解質中添加溴化鉀時，電池的性能有所改善，可以在電壓1.1 V附近觀察到額外的氧化還原反應，這與溴化物變成碘酸鹽有關。

在電壓1.27 V處也有一個峰值，這表明了溴化物幫助碘氧化為IBr鹵素的過程。

通過向電解質中添加溴化鉀，電池中的一些反應變得更加高效，降低了電壓極化的問題，從而改善了電池性能，這項研究有助於我們更好地理解電池中的化學反應，並為未來的電池設計提供了有用的信息。

在這項研究中，我們通過對電池中的碘電極進行一系列充電和放電循環，來測試電池的性能。

使用了兩種不同的電解質溶液，一種是含有溴化物的，另一種沒有，通過觀察電池在充電和放電過程中的電壓變化，我們可以了解電池的性能如何。

對於沒有溴化物的電解質溶液，我們發現電池在充電和放電之間存在一些電壓極化，即電壓會有所下降。

雖然電池在放電過程中可以提供大約1040毫安時每克的電容量，但只有72%的電能效率，電池性能相對較低。

當我們使用含有溴化物的電解質時，情況有所改善，電池在充電和放電之間的電壓平台變得更加穩定，充電和放電的電容量分別提高到1317毫安時每克和495毫安時每克，電能效率也提高到84%。

通過一系列循環測試，我們發現電池的性能在高電流下也非常穩定，電能效率在93 A/g時為98%，在2 A/g時為99%，這意味著電池在高負載下仍然能夠提供穩定的性能。

通過引入溴化物到電解質中，電池的性能得到了改善，特別是在提高電容量和電能效率方面，這項研究的結果表明，碘電池在某些方面可能比一些傳統電池材料具有更高的性能。

溴化物在電池中的關鍵作用

在這裡，我們要解釋一下溴化物-碘酸鹽環對電池性能的影響，溴化物-碘酸鹽環是電池中發生的一種化學反應，它有助於改善電池的性能。

這是因為溴化物比碘酸鹽的氧化還原電位低，這意味著它更容易被氧化，然後幫助將碘酸鹽轉化為IBr和Br2，溴化物-碘酸鹽環的反應動力學比碘化物-碘酸鹽環更好，這是因為鹵素之間的化學反應速度更快。

通常，對於兩種鹵素X和Y的反應，其中X的電位低於Y，反應速度較快，因為它們之間的中間產物會促進反應，這種效應在溴化物催化的碘酸鹽還原反應中尤為明顯，因此這種反應速度更快。

溴化物在電池中還能夠形成IBr鹵素的中間產物，這可以促進碘的氧化為碘酸鹽，這是因為溴化物比碘更具極性，並且它更容易與水建立化學鍵，這些特性幫助改進了電池中碘的氧化還原反應。

通過在電解質中引入溴化物，電池的性能得到了提升，因為它有助於改進碘電極的氧化還原過程，這項研究的結果表明，溴化物的引入對於改善電池性能非常重要。

在這項研究中，我們提出了一種新型碘電極，可以進行十二電子轉移的氧化還原反應，這個反應叫做I / IO-3-。

這個碘電極在電解質中引入了一種叫做溴化物的離子，溴化物在這個反應中扮演了關鍵角色，幫助改進電池性能。

在電池充電過程中，溴化物通過一種叫做IBr鹵素的物質的形成，促進了碘的氧化為碘酸鹽。這是因為IBr鹵素在水中具有特殊的性質，可以與水建立化學聯繫，從而幫助形成碘酸鹽，這個過程非常容易發生，因為它涉及了一種叫做親核反應的化學過程。

在電池放電過程中，溴化物也能夠促進碘酸鹽的解離，這是一種異種催化過程，它將硬碘酸鹽還原為IBr和Br2，然後再還原為碘。

這些連續的反應最終完成了十二電子轉移的過程，這種溴化物-碘酸鹽環對電池性能的提升非常有幫助，因為它允許碘酸鹽被還原，同時保持了相對較高的電壓。

結語

電解質中的質子（H2SO4）對電池性能也有一定影響，通過改變動力學和平衡電位來提高電池性能，在特定設計的電解質中，這種碘電極可以提供高比容量和良好的可逆性。

雖然我們已經在鋅金屬電池中測試了這種碘電極，但為了進一步應用這種氧化還原化學，我們需要在酸性環境中尋找更合適的陽極。

還有一些改進電極結構和活性材料的可能性，以提高這種氧化還原化學的實際應用，這項研究為未來高能量密度電池的發展提供了新的思路。