水系锌离子电池作为新型储能体系,近年来因其高安全性、低成本和高理论容量等优势受到广泛关注。在各种ZIBs正极材料中,碘因其储量丰富和高理论比容量特性,使其成为储能设备有希望的候选者。然而,正极侧多碘化物(I??/I??)易在电解质中溶解扩散导致穿梭效应。同时,水溶性的多碘化物扩散到锌金属负极与锌金属发生化学反应会消耗活性锌并影响电池性能。因此,同时解决多碘化物的穿梭效应和锌负极副反应的问题对实现高性能Zn-I2电池的开发至关重要。近年来,离子液体添加剂由于可以通过带电基团锚定多碘化物,因此受到重点关注,但其高粘度导致的离子迁移速度慢及不均匀界面层形成等问题,限制了其实际应用。因此,迫切需要开发兼具多碘化物锚定、锌负极稳定化与高效离子传输的新策略,实现高性能锌碘电池。
图1 LE和PVEMA聚合物电解质中锌离子沉积和多碘化物穿梭行为示意图
图2 聚合物电解质的相互作用表征和物理性质
图3 不同电解质的锌沉积形态及副反应抑制特性
图4 Zn/Zn2+可逆性表征
图5 锌碘全电池性能表征
作者进一步进行了原位拉曼光谱测试,结果表明在PVEMA中I3-信号显著减弱,说明PVEMA能有效抑制多碘离子穿梭效应。吉布斯自由能计算表明PVEMA能促进I3-→I-转化动力学。得益于PVEMA良好的抑制多碘离子穿梭和副反应的能力,基于PVEMA组装的锌碘全电池展现出稳定的循环寿命。其软包电池容量可达220 mA h g-1,经过250次循环后容量保持率为90.2%,进一步证实PVEMA的实际应用潜力。
以上研究成果近期以“α-Methyl Group Reinforced Amphiphilic Poly (ionic liquid) Additive for High-Performance Zinc-Iodine Batteries”为题,发表在《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202423326)上。东华大学化学与化工学院硕士研究生吴琛为文章第一作者,焦玉聪研究员和武培怡教授为论文共同通讯作者。
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202423326
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