通过卤键反转和非相同频率的分子振动实现高性能四电子锌碘电池的解锁

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Unlocking High-Performance Four-Electron Zinc-Iodine Batteries through Halogen Bonding Inversion and Non-Identical-Frequency Molecular Vibrations

ClAN通过σ空穴促进高盐浓度碘离子配位，利用非等频振动抑制水解，使锌碘电池在低盐浓度下实现高容量（175.7 mA h/g）和优异倍率性能（133.1 mA h/g）。

　　

图形摘要

ClAN的电荷各向异性使其能够形成σ-空穴特异性吸附，从而确保与高价碘物种（I⁺）进行电子尺度上的有效配位。ClAN与水分子之间的振动响应频率不同，这导致其在质子溶剂中能够快速迁移。这两种特性的结合使得电解质添加剂能够靶向地与I⁺配位，从而打破了传统多电子转移锌-碘电池中对“水在盐中”电解质结构的依赖。

摘要

通过I^?/I⁰/I⁺转化反应激活四电子转移行为对于开发高能量密度锌-碘电池（ZIBs）至关重要，但这一过程受到I⁺在质子溶剂中快速水解的阻碍。理论上，卤素键（XBs）的方向性和可修饰性可以用来调控I⁺的水解分解。由于传统的配位结构因XB供体（I⁺）的固定而无法适用，因此通过反转配位结构以建立电荷各向异性（σ-空穴），从而实现稳定卤素键的电子尺度配位，对于克服质子溶剂中的障碍至关重要。为了抵御外部环境干扰，基于Hansen参数的凝聚能差异使得添加剂与水分子产生不同频率的振动。本研究中的电解质添加剂（氯乙腈，ClAN）具备这些优势，能够在极低的盐浓度（4摩尔/千克）下实现I^?/I⁰/I⁺的氧化还原耦合。相应的锌-碘电池在2安培/克的电流下经过4000次循环后，显示出175.7毫安时/克的比放电容量，并且在高电流（50安培/克）下仍保持极高的比容量（133.1毫安时/克）。这项工作为多电子转移的卤素电池提供了一个通用的框架和新的发展前景。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。