近日，史晓东副教授团队在能源化学领域Top期刊Energy & Environmental Science (IF=30.8)发表题为“Taming polyiodides: Phenol chemistry for shuttle-free and durable zinc-iodine batteries”的研究论文。陈志祥硕士和高鑫磊硕士为论文共同第一作者，史晓东副教授和田新龙教授为论文共同通讯作者。

锌碘（Zn-I₂）电池因其良好的安全性、较低的成本以及环境友好特性，逐渐成为具有前景的替代锂离子电池候选体系之一。Zn-I₂电池采用碘作为正极材料，由于海水中碘资源相对丰富，该体系具备高达211 mA h/g的理论比容量，并可提供约1.3 V的适中电压平台。这些优势使Zn-I₂电池在大规模电网储能系统中展现出较强的应用潜力。然而，尽管其前景可观，其商业化进程仍面临若干基础性挑战，其中最主要的问题是充放电过程中多碘化物中间体产生的穿梭效应。

多碘化物穿梭效应起源于负载碘的正极，该正极中含有高浓度的多碘化物。在电池循环过程中，这些多碘化物会穿过隔膜并迁移至锌负极。随后，它们与金属锌发生不可控的化学反应（Zn+Iₓ⁻→Zn²⁺+xI⁻），从而引发锌的直接腐蚀，并降低其利用率。与此同时，该反应所引发的自放电行为进一步导致电池的循环稳定性下降以及容量保持能力减弱。此外，锌负极表面发生的界面副反应还会生成碱性副产物和锌-碘簇状化合物，这些物质难以重新迁移至正极，最终造成严重的容量衰减。因此，如何有效抑制负载碘正极中的多碘化物穿梭效应，并稳定锌正极的界面结构，已成为提升Zn-I₂电池电化学性能的关键问题。为应对上述挑战，研究者提出了多种解决方案。例如，采用碳基宿主材料吸附碘物种，以抑制多碘化物的迁移。然而，碳材料与碘物种之间的物理吸附作用较弱，在长期循环过程中难以有效遏制穿梭效应。此外，研究人员还尝试使用高浓度电解质和凝胶态电解质以抑制活性碘的溶解及其多碘化物的生成。尽管此类电解质在一定程度上缓解了穿梭效应，但其较高的粘度却限制了Zn²⁺离子的扩散速率，进而影响了反应动力学性能。另一种策略是在锌负极表面构建保护性界面层，如沸石或硅酸锌，以抑制副反应并促进锌的均匀沉积。然而，这类人工界面层通常依赖复杂的制备工艺，难以在大规模生产中实现稳定且均匀的涂层。因此，亟需开发一种简便、经济且高效的策略，以同时抑制多碘化物穿梭效应并减少锌负极的界面副反应。

图1 RSC添加剂对Zn-I₂电池作用机制示意图

基于以上分析，海南大学史晓东&田新龙教授团队将间苯二酚（RSC）作为一种高效且具有特定功能的电解质添加剂，其分子结构包含一个苯环和两个酚羟基，可有效缓解Zn-I₂电池在实际应用中所面临的技术瓶颈。理论计算结果显示，RSC分子对碘物种具有更强的结合能力，同时碘转化反应的吉布斯自由能显著降低，从而有效抑制了聚碘化物在载碘正极表面的积累，以及锌负极上的腐蚀反应。此外，RSC的引入显著减少了Zn²⁺周围溶剂化水分子的数量，从而降低了界面副产物的生成。与2 M ZnSO₄电解质（ZSO电解质）相比，在2 M ZnSO₄ + 12 mM RSC复合电解质（RSC电解质）体系中，Zn||AC@I₂电池在1 A g⁻¹和5 A g⁻¹电流密度下分别循环10000次和17000次后，仍保持高达141.1和106.2 mA h g⁻¹的可逆容量，对应的容量保持率分别为85.8%和90.1%。即使在软包电池结构中，采用高碘负载正极（12.7 mg cm⁻²）的Zn||AC@I₂电池在0.5 A g⁻¹电流密度下循环200次后，仍表现出165.8 mA h g⁻¹的高比容量，容量保持率高达97.9%。本研究为功能性电解质的设计提供了理论支持与实验依据，对推动Zn-I₂电池的实用化进程具有重要意义。

该工作得到了国家自然科学基金（52404316、52461040 和 52274297）、海南大学协同创新中心基金（XTCX2022HYC14）、海南大学高层次人才科研启动基金（XJ2400012968、KYQD(ZR)-23069、23169和21124）、海南大学皮米电镜中心的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1039/D5EE02763B