Nat. Commun：阳离子驱动相变和阴离子增强动力学实现高能量效率锌 - 卤间化合物电池

文章总结

水系锌 - 卤素电池因其高安全性、大容量和低成本而备受青睐，但其面临多卤化物穿梭效应和锌电极沉积紊乱的问题，导致能量效率和寿命下降。本研究提出一种阳离子驱动的正极相变策略，以抑制穿梭效应并实现锌的均匀电沉积，同时结合阴离子动力学增强策略来提升能量效率和电池寿命。以卤化四甲基铵（TMAX，X=F、Cl、Br）为研究对象，四甲基铵（TMA⁺）通过静电屏蔽作用促进锌在负极表面沿（101）晶面定向沉积，显著延长循环寿命。同时，TMA⁺在正极捕获 I₃⁻等多卤离子，形成稳定的固相卤间化合物复合物，提高库仑效率。与 I₃⁻和 TMAI₃体系相比，X⁻阴离子降低了 I⁻I₂X⁻和 I₂X⁻TMAI₂X 转化的吉布斯自由能差，加速了 I⁻/I₂X⁻/TMAI₂X 的动态转化，提升电压效率。在 TMAF 改性的电解液中，锌 - 卤间化合物电池在 0.2 A g⁻¹ 电流密度下实现 95.2% 的高能量效率和良好的可逆性，1000 次循环中每周期容量衰减仅 0.1%；在 1 A g⁻¹ 下，10,000 次循环中每周期衰减率低至 0.1‰。该研究为提升可持续储能体系的能量效率和长期稳定性提供了新见解。

图文简介

阳离子驱动相变与阴离子增强动力学策略的原理示意图

TMAX 在 I₃⁻溶液中的缔合行为

TMAX 在正极的电化学行为

使用 TMAX 电解质的锌 - 卤间化合物电池（ZICBs）动力学分析

TMAX 对 Zn 沉积行为有多方面影响

ZICBs（锌 - 卤间化合物电池）的电化学性能

论文信息

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59894-w

通讯作者：Hao Cheng, Yingying Lu

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