基于碘-氧闭环电化学的中性锌-空气混合电池高可逆性研究

为解决中性锌-空气电池因绝缘放电产物和缓慢氧动力学导致的高过电位问题，研究人员通过整合氧与碘化物氧化还原化学，提出了一种中性水系锌-空气/碘化物混合电池（ZAIB）的闭环碘-氧循环机制。该研究设计出具有分级多孔碳基底的FeN纳米颗粒多功能电催化剂，可驱动氧还原反应（ORR）和碘化物氧化/还原反应（IOR/IRR），实现了640.1 mV的低充放电电压差和54.0%的高能效，为中性金属-空气体系提供了创新解决方案。

　　

这项突破性研究揭示了中性锌-空气/碘化物混合电池（ZAIB）的创新工作机制。通过精巧设计的铁氮纳米颗粒催化剂（FeN@HPC），在分级蜂窝状介孔-大孔碳基质中实现了三重相传质优化。放电过程中，碘三离子（I₃^-）还原生成的碘离子（I^-）显著提升反应动力学，同时氧还原反应（ORR）产生的氢氧根（OH^-）与电解液反应形成锌羟基乙酸二水合物（ZHA）沉淀。充电阶段则呈现精彩的双重协同：热力学优势驱动的低电位碘氧化反应（IOR）优先发生，既再生I₃^-又分解ZHA释放OH^-，随后OH^-与I₃^-自发反应完成碘-氧闭环循环，伴随氧气（O₂）释放。这种"媒介体-催化剂"协同策略使电池获得640.1 mV的超低电压差和1800小时（2 mA cm^-2）的惊人循环寿命，为新一代中性金属-空气能源系统树立了标杆。