EES:用于先進Zn-I2全電池的三元水合共熔電解質

一、【導讀】

可充電水性鋅-碘（Zn-I₂）電池正在成為一種清潔高效的能源資源。由于其快速氧化還原反應、適中的電位平臺和低成本而受到越來越多的關注。然而，基于單一轉化反應（I₂/I^-）的鋅-碘電池在能量密度和輸出電壓方面仍然不盡人意，嚴重阻礙了Zn-I₂電池的快速發展。高能量密度的Zn-I₂電池，面臨的挑戰主要與電解液有關。為了應對這些挑戰，研究人員采用陽離子溶劑化-界面化學來調控電解質的電化學行為，旨在實現2I⁺/I₂/2I^-之間可逆轉換并穩定鋅陽極。有研究表明親核性碘（I⁺）可以與親核物種如喹啉、哌啶或吡啶形成穩定絡合物，而使用ZnCl₂抑制I⁺水解存在局限性因為氯離子具有腐蝕性。因此，在實現實際應用于Zn-I₂全套裝置方面仍然需要一個理想方案。

二、【成果掠影】

近日，華東師范大學物理與電子科學學院劉少華研究員等人設計了一種新型三元水合共晶電解質，可以實現2I⁺/I₂/2I^-四電子轉移的氧化還原偶對轉換用于Zn-I₂電池。親核性煙酰胺（NA）配體通過形成穩定的[I(NA)₂]⁺物種抑制了親核性I⁺的水解反應，并確保可逆I₂/I⁺轉換。同時，Zn²?的四配位溶劑殼有助于無鋅枝沉積/脫除，并具有高達97%的平均庫倫效率。相關成果以“Designing Ternary Hydrated Eutectic Electrolyte Capable of Four-Electron Conversion for Advanced Zn-I₂ Full Batteries”為題發表在Energy & Environmental Science上。

三、【核心創新點】

1、引入了一種新型的Zn離子三元水合共晶電解質，通過與無害中性配體發生Zn···N和Zn···O離子偶極相互作用形成。

2、該三元水合共晶電解質電解質能夠實現高度可逆的氧化還原對（I₂/2I⁺和2I^-/I₂）的四電子轉移。

四、【數據概覽】

圖1 ZTEs的結構分析和離子的排列方式 ??2023 The Royal Society of Chemistry

圖2 由ZTEs促進的I₂可逆四電子氧化還原反應。 ??2023 The Royal Society of Chemistry

圖3 ZTEs中2I⁺/I₂/2I^-的四電子轉化機制。 ??2023 The Royal Society of Chemistry

圖4 ZTEs和ZW電解質中的Zn/Zn²⁺沉積/剝離的電化學性能。 ??2023 The Royal Society of Chemistry

圖5 Zn陽極上晶體重定向的調節功能和機制。 ??2023 The Royal Society of Chemistry

五、【成果啟示】

本文開發了一種具有較高成本效益的新型Zn離子三元水合共晶電解質。通過鋅基水合鹽和無害中性配體的配方，實現了高度可逆轉換和四電子轉移。此外，中性配體具有親鋅特性，并能促進均勻沉積并抑制腐蝕和鈍化。該技術具有較高容量、優異速率表現以及出色安全性等優點。此外，低成本、環保等特點也使該新型電解質在大規模應用上具備潛力。總之，這項研究為開發高能量密度Zn-I₂電池提供了新方向。

文獻鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2023/EE/D3EE01567J

本文由WYH供稿