导语
水系锌碘电池的商业化应用深受多碘化物穿梭效应的制约。近日，天津大学杨春鹏教授与清华大学深圳国际研究生院吕伟副教授团队在《Advanced Sustainable Systems》上发表重要研究成果。团队采用超快碳热冲击技术，在55毫秒内成功于碳纳米纤维上合成了FeCoNiCrMn高熵合金纳米催化剂。该催化剂凭借吸附-催化双功能协同机制，有效抑制了多碘化物穿梭，使锌碘电池在5 A g⁻¹下经历25,000次循环后仍保持每圈仅0.0014%的极低衰减率，为高性能锌碘电池的开发提供了新材料解决方案。
研究亮点
超快合成：55毫秒完成高熵合金制备，实现原子级均匀混合
双功能机制：兼具优异吸附与催化活性，协同抑制多碘化物穿梭
循环卓越：5 A g⁻¹下循环25,000次，容量衰减率仅0.0014%/圈
实用验证：软包电池在实用条件下展现稳定性能
图文解析
图1 展示了HEA催化剂通过吸附与催化双功能协同作用，有效阻断多碘化物扩散并促进其快速转化的机理。
图2 的结构表征证实，超快碳热冲击法成功制备出单相面心立方结构HEA纳米颗粒，粒径均匀分布在10-20 nm，各元素实现原子级均匀混合。
图3 的性能测试显示，HEA组能迅速降低I₃⁻浓度，且其电极表现出更优的反应动力学特性，表观活化能显著降低。
图4 的原位光谱分析表明，HEA电池在循环过程中电解液内I₃⁻浓度始终维持在极低水平，循环后锌阳极表面光滑无腐蚀。
图5 的电化学性能显示，HEA电池在1 A g⁻¹下实现220.23 mAh g⁻¹的高比容量，在5 A g⁻¹下经历25,000次循环后容量保持率达63.8%。
技术支撑
本研究的成功实施依赖于以下核心技术与设备支持：
毫秒级焦耳加热系统：具备精确控制能力的碳热冲击设备，实现55毫秒内的瞬时高温反应
前驱体设计：金属盐与碳纳米纤维的优化配比与负载工艺
多尺度表征平台：结合XRD、HRTEM、STEM-EDS等先进表征手段
原位分析技术：通过原位UV-vis、拉曼光谱实时监测多碘化物行为
该技术路线与超快材料合成、高熵材料制备及电化学储能领域的技术平台高度兼容，为解决电池穿梭效应提供了创新路径。
总结展望
本研究通过超快碳热冲击技术成功制备了高熵合金纳米催化剂，凭借其独特的吸附-催化双功能协同机制，有效抑制了锌碘电池中的多碘化物穿梭效应，实现了25,000次以上的超长循环寿命。该工作不仅证明了高熵材料在储能领域的应用价值，也彰显了超快合成技术在材料制备中的独特优势。未来，该策略有望拓展至其他金属-气体/卤素电池体系，为高性能储能器件的开发提供新的材料基础。
文献信息
Dual-Function High-Entropy Alloy Nanocatalysts Enable Long-Life Aqueous Zinc-Iodine Batteries
Advanced Sustainable Systems, 2025
DOI: 10.1002/adsu.202501175
欢迎关注我们的公众号或访问官方网站：
https://www.zhongkejingyan.com.cn/
如果您对上述创新研究所用设备感兴趣，欢迎联系张老师：13121391941
