学术

锌-碘电池因其固有安全性、低成本、高容量和对环境友好的性质在规模化电化学储能系统中展现出巨大应用前景。但锌负极枝晶生长、腐蚀及析氢反应的发生和碘正极多碘离子穿梭引发的正极活性物质损失及造成的电池性能衰减极大阻碍了锌-碘电池的商业化发展。而当前大部分的研究集中于单独调控锌负极的稳定性或单独控制碘正极的多碘离子穿梭效应，忽略了两个电极之间的相互依赖性及影响。此外，水系电解液的使用还导致锌-碘电池在低温下无法正常工作。因而，同时调控上述锌负极和碘正极的不良反应并提高锌-碘电池的抗冻性对推动未来锌-碘电池的发展具有重要意义。

针对上述问题，极速体育_必威体育$官网app网站龙柱教授/滑铁卢大学Yuning Li教授在水系锌-碘电池正负极同步调控领域取得重要研究进展，研究成果以《Bifunctional electrolyte inducing uniform Zn deposition and suppressing polyiodide shuttle for long life zinc-iodine batteries with low-temperature applicability》为题发表在国际期刊《Chemical Engineering Journal》（中国科学院一区，IF=13.2）上。研究报道了一种基于环保型生物质材料的双功能防冻电解质。该电解质不仅可有效稳定锌负极，还能同步抑制碘正极产生的多碘化物穿梭效应。电解质中丰富的极性官能团（-OH和-NH?），能够有效限制水分子活性，并与Zn²⁺发生配位作用，从而显著抑制副反应，提升抗冻性能，并促进锌的均匀沉积。在该电解质体系中，Zn²⁺倾向于沿Zn(002)晶面择优沉积，进一步增强了锌沉积的均匀性，抑制了锌枝晶的形成。此外，这一电解质对多碘化物物种表现出较强的吸附能力，可有效缓解其穿梭效应。得益于上述协同优势，采用此电解质的Zn//Zn对称电池展现出优异的循环稳定性，在5 mA cm^-2电流密度下稳定运行超过2300小时，在10 mA cm^-2条件下仍可连续工作800小时。同时，以此电解质构建的Zn//I₂全电池亦表现出卓越的长循环性能，经600次循环后容量保持率达93.1%，并在-20°C低温环境下实现正常充放电操作。极速体育_必威体育$官网app网站龙柱教授/滑铁卢大学李玉宁教授为论文通讯作者，极速体育_必威体育$官网app网站纺织科学与工程学院22级博士研究生史肖蓉为论文第一作者。

图1. 电解质对锌-碘电池正负极调控的机制

图2. 电解质对锌负极沉积的调控

论文信息: Xiaorong Shi, Lei Dai, Jianjian Zhang, Chang Sun, Zhu Long^*, Yuning Li^*, Bifunctional electrolyte inducing uniform Zn deposition and suppressing polyiodide shuttle for long life zinc-iodine batteries with low-temperature applicability.

论文链接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.169846.