双区氯化物工程技术实现超稳定的双电子锌碘电池

《Advanced Materials》：Dual-Zone Chloride Engineering to Enable Ultra-Stable Two-Electron Zinc-Iodine Batteries

锌-碘电池（ZIBs）通过有机碘宿主实现I?/I?转换的高能量存储，但受Cl?过量导致多碘化物脱附影响。本研究提出双区氯工程策略，阴极采用非解离疏水盐构建Cl?富集低水环境抑制多碘化物脱附，电解液使用释放Cl?的ZnCl?盐溶液激活I?/I?转换并提升高电压耐受性。该设计使有机基ZIB循环11000次容量保持87.0%，碳基ZIB循环35000次保持87.2%，为稳定两电子碘电化学反应提供通用框架。

　　

摘要

采用有机碘作为正极材料的锌碘电池（ZIBs）通过利用I^?/I⁺转换机制实现了高能量存储的潜力，但受到容量快速衰减的限制。传统的使用高浓度ZnCl₂电解质的方法虽然能够有效激活碳基正极中的I^?/I⁺转换，却与有机体系不兼容。研究发现，过量的自由Cl^?会从有机碘正极中置换出多碘化物，从而引发不可逆的I^?/I⁺反应。为了解决这一问题，本文提出了一种双区氯化物工程策略，将氯化物环境空间分离为互补的两个区域。在阴极处，使用一种不发生分解的疏水性盐（三辛基甲基铵氯化物）创建了一个富含Cl^?且缺水的环境，抑制了多碘化物的脱附并防止了I⁺的水解分解。在电解质中，加入了一种能释放Cl^?的盐（0.2摩尔ZnCl₂），并将其溶解在甘油-水溶剂中，以补充自由Cl^?，从而充分激活I⁰/I?转换并提高电池的高电压耐受性。这种协同设计使得基于有机材料的锌碘电池在11,000次循环后仍能保持87.0%的容量，并且在碳基锌碘电池中这一比例可达到87.2%（经过35,000次循环）。通过结合阴极区域的隔离作用与电解质的Cl^?释放功能，双区氯化物工程为稳定两电子碘氧化还原反应提供了一个通用框架，为开发耐用的高能量水基锌碘电池奠定了基础。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。