超高负载量水系锌碘电池的干法制备技术及性能突破

针对传统水系锌碘(Zn-I2 )电池阴极负载量低(<2 mA h cm?2 )、碘升华及锌枝晶等问题，澳大利亚研究团队创新性开发干法电极制备技术，实现15.8 mA h cm?2 的超高面容量(ZnI2 负载>100 mg cm?2 )，并通过1,3,5-三氧杂环己烷(TXE)电解质添加剂构建聚甲醛(POM)基固态电解质界面(SEI)，使Ah级软包电池在750次循环后仍保持88.6%容量。该研究发表于《Joule》，为卤素基电池商业化提供新范式。

　　

在全球能源转型背景下，锂离子电池(LIBs)虽占据主导地位，却面临成本高、安全隐患等瓶颈。水系锌基电池凭借资源丰富、安全性高等优势成为新兴选择，其中锌碘(Zn-I₂
)电池因碘的高理论容量(168 mA h g^?1
)和海水富集特性备受关注。然而传统湿法电极工艺导致碘负载量不足(<70%)、活性材料比例低(<50%)，且碘升华、聚碘化物(I₃
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/I₅
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)穿梭效应严重，加之锌负极枝晶问题，严重制约其商业化进程。

澳大利亚阿德莱德大学Shi-Zhang Qiao团队在《Joule》发表研究，提出革命性解决方案。通过干法热压工艺将ZnI₂
、活性炭(AC)和聚四氟乙烯(PTFE)直接成型为自支撑电极，结合TXE电解质添加剂原位构建POM基SEI层，实现"电极-电解质"双突破。

关键技术

1. 干法电极制备：ZnI₂
   /AC/PTFE混合热压，避免碘升华
2. 原位ATR-FTIR技术：实时监测POM-SEI形成过程
3. 同步辐射表征：解析电极结构演变
4. 电化学阻抗谱(EIS)：评估电荷传输动力学

研究结果
干法电极性能突破
与传统湿法电极相比，干法制备的ZnI₂
阴极呈现无孔隙致密结构，碘负载量达100 mg cm^?2
（面容量15.8 mA h cm^?2
），比容量提升11.6%（140.8 vs 126.1 mA h g^?1
）。紫外可见光谱(UV-vis)证实该结构有效抑制聚碘化物溶解，使库仑效率(CE)提升至99.51%，静置168小时自放电率仅11.16%（湿法电极38.27%）。

锌负极界面工程
TXE添加剂在锌表面原位聚合形成弹性POM-SEI层（弹性模量~5 GPa），显著优于传统无机SEI（如ZnF₂
）。该界面层在53.3%深度放电(DoD)条件下仍能抑制枝晶，使锌沉积过电位降低62%。

全电池性能
5.5 mA h cm^?2
纽扣电池在1C倍率下3000次循环容量保持率96.6%。Ah级软包电池在15.8 mA h cm^?2
超高负载下，能量密度达93.2 W h kg^?1
，750次循环后容量保持88.6%，远超商业LIBs水平（3-5 mA h cm^?2
）。

结论与意义
该研究通过干法电极工艺与界面工程协同创新，攻克了Zn-I₂
电池高负载与长循环不可兼得的核心矛盾。其技术普适性已延伸至溴基电池体系，为大规模储能提供新思路。值得一提的是，研究采用的TXE添加剂成本不足LIBs电解液添加剂的1/20，兼具产业化经济性优势。这种"电极制备-界面设计"双轨策略，为下一代高能量密度水系电池开发树立了标杆。