EES:用于先进Zn-I2全电池的三元水合共熔电解质

一、【导读】

可充电水性锌-碘（Zn-I₂）电池正在成为一种清洁高效的能源资源。由于其快速氧化还原反应、适中的电位平台和低成本而受到越来越多的关注。然而，基于单一转化反应（I₂/I^-）的锌-碘电池在能量密度和输出电压方面仍然不尽人意，严重阻碍了Zn-I₂电池的快速发展。高能量密度的Zn-I₂电池，面临的挑战主要与电解液有关。为了应对这些挑战，研究人员采用阳离子溶剂化-界面化学来调控电解质的电化学行为，旨在实现2I⁺/I₂/2I^-之间可逆转换并稳定锌阳极。有研究表明亲核性碘（I⁺）可以与亲核物种如喹啉、哌啶或吡啶形成稳定络合物，而使用ZnCl₂抑制I⁺水解存在局限性因为氯离子具有腐蚀性。因此，在实现实际应用于Zn-I₂全套装置方面仍然需要一个理想方案。

二、【成果掠影】

近日，华东师范大学物理与电子科学学院刘少华研究员等人设计了一种新型三元水合共晶电解质，可以实现2I⁺/I₂/2I^-四电子转移的氧化还原偶对转换用于Zn-I₂电池。亲核性烟酰胺（NA）配体通过形成稳定的[I(NA)₂]⁺物种抑制了亲核性I⁺的水解反应，并确保可逆I₂/I⁺转换。同时，Zn²⁺的四配位溶剂壳有助于无锌枝沉积/脱除，并具有高达97%的平均库伦效率。相关成果以“Designing Ternary Hydrated Eutectic Electrolyte Capable of Four-Electron Conversion for Advanced Zn-I₂ Full Batteries”为题发表在Energy & Environmental Science上。

三、【核心创新点】

1、引入了一种新型的Zn离子三元水合共晶电解质，通过与无害中性配体发生Zn···N和Zn···O离子偶极相互作用形成。

2、该三元水合共晶电解质电解质能够实现高度可逆的氧化还原对（I₂/2I⁺和2I^-/I₂）的四电子转移。

四、【数据概览】

图1 ZTEs的结构分析和离子的排列方式  ©2023 The Royal Society of Chemistry

图2 由ZTEs促进的I₂可逆四电子氧化还原反应。  ©2023 The Royal Society of Chemistry

图3 ZTEs中2I⁺/I₂/2I^-的四电子转化机制。  ©2023 The Royal Society of Chemistry

图4 ZTEs和ZW电解质中的Zn/Zn²⁺沉积/剥离的电化学性能。  ©2023 The Royal Society of Chemistry

图5 Zn阳极上晶体重定向的调节功能和机制。  ©2023 The Royal Society of Chemistry

五、【成果启示】

本文开发了一种具有较高成本效益的新型Zn离子三元水合共晶电解质。通过锌基水合盐和无害中性配体的配方，实现了高度可逆转换和四电子转移。此外，中性配体具有亲锌特性，并能促进均匀沉积并抑制腐蚀和钝化。该技术具有较高容量、优异速率表现以及出色安全性等优点。此外，低成本、环保等特点也使该新型电解质在大规模应用上具备潜力。总之，这项研究为开发高能量密度Zn-I₂电池提供了新方向。

文献链接：

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

本文由WYH供稿