『水系锌电』中科大陈维Angewandte Chemie：双配位结构实现四电子水系锌碘电池

水系锌碘电池是一种有前途的储能装置，但是传统基于I₂/I^-的两电子水系Zn-I₂电池电压仅为1.3 V，导致其能量密度较低，难以达到实际应用需求。近年来，由于碘丰富的氧化还原反应，激活高价碘反应实现高电位水系Zn-I₂电池的工作被陆续报道。该类工作主要通过电解液设计，锚定I⁺，实现I^-/I₂/I⁺的四电子反应，实现高电位高理论比容量的水系Zn-I₂电池。但是，这种设计往往需要较高的游离卤素离子浓度，才能在水系电解液中实现稳定的I⁺离子。然而，大量游离的卤素离子，由于点蚀作用，会对锌负极表面产生严重损害，也会对电池其余组件产生腐蚀，进而影响全电池循环稳定性。因此，开发新型锚定I⁺的方案具有必要性。

鉴于此，中国科学技术大学陈维教授课题组与同步辐射国家实验室郑旭升研究员和中科院合肥固体研究所李向阳研究员合作在Angewandte Chemie上发文，报道了一种同时含有胺基和Cl离子的电解液添加剂三甲胺盐酸盐(TAH)，实现了高利用率高电位的水系Zn-I₂电池。一方面，TA分子可以吸附在Zn负极周围，降低Zn离子的脱溶剂化能垒，部分质子化的TA分子表现出屏蔽作用，从而协同实现高面积容量的水系Zn负极。基于此，锌负极可以实现57 mAh cm^-2的高面容量。另一方面，在正极侧，表征与理论计算表明I⁺离子同时与胺基和Cl离子形成双齿配位结构，在低浓度下实现I^-/I₂/I⁺四电子转移高价反应。高电位水系Zn-I₂电池在2 A g^-1（以正极碘质量计算）时表现出近450 mAh g^-1的比容量。此外，Zn-I₂全电池（N/P比为2.5）可实现5000次稳定循环，容量保持率约为70%。该工作为高电位高利用率的水系Zn-I₂电池的开发提供了一种新的解决方案。

综上所述，我们通过低浓度的三甲胺盐酸盐电解液添加剂，开发设计了一种优化电解液。其可以同时调节正负极电化学性能，实现了高电位高利用率的水系Zn-I₂电池。具体来说，在N/P比为2.5的苛刻条件下，高电位水系Zn-I₂电池在5000次循环后容量保持率约为70%。作者通过同步辐射，光谱表征，DFT计算等一些列手段对正负极机理进行分析。这种独特的双配位结构将为开发设计高电位水系Zn-I₂电池提供新思路。

Bidentate Coordination Structure Facilitates High-Voltage and High-Utilization Aqueous Zn-I₂ Batteries Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202404784.

陈维，中国科学技术大学应用化学系教授、博士生导师，合肥微尺度物质科学国家研究中心教授。2008年于北京科技大学获材料物理学士学位；2013年于阿卜杜拉国王科技大学获材料科学与工程博士学位；2014-2018年于斯坦福大学从事博士后研究工作；2018-2019年在EEnotech公司担任科学家；2019年7月入职中国科学技术大学，专注于大规模储能电池与电催化等研究。独立建组以来，作为(共同)通讯作者在Chemical Reviews, Chemical Society Reviews, Nature Communications (2), Joule (2), Journal of the American Chemical Society (3), Angewandte Chemie International Edition (5), Advanced Materials (4), Energy & Environmental Science (2), Advanced Energy Materials (5), ACS Energy Letters (2), Advanced Functional Materials, Nano Letters (10), ACS Nano (2), ACS Catalysis, eScience (2), Energy Storage Materials (7) 等国际期刊发表学术论文70余篇，论文总被引13000余次，H因子56。研究成果获得美国专利5项，中国发明专利20余项。担任Materials Today Energy杂志编委，eScience, Nano Research Energy, Energy Materials Advances等杂志青年编委。

陈维课题组网页：http://staff.ustc.edu.cn/~weichen1

王明明，中国科学技术大学应用化学系博士，专注于开发新型水系金属离子电池。近年来，以第一作者(共同一作)在Angewandte Chemie International Edition (3), Advanced Materials, Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials, ACS Energy Letters, Nano Letters, eScience, Energy Storage Materials等期刊发表论文10余篇，论文总被引1200余次，H因子19。