文章：《锌碘电池中碘载体材料的研究进展》

    期刊：安徽工业大学学报（自然科学版），2024年第2期

    作者：马连波、郑雨爽、李莉媛

    评荐：金钟（南京大学绿色化学与工程研究院执行院长、南京大学天长新材料与能源技术研发中心主任）

    随着新能源产业的快速发展，电源技术在安全性、能量密度、循环寿命等方面面临着更严格的考验。目前锂离子电池已获得普遍应用，但锂金属昂贵的价格限制了锂离子电池持续推广使用，开发新型能源存储与转换技术已经越来越重要。

    近年来，水系锌碘电池因具有显著优势，引起科研人员的广泛关注。锌碘电池中使用的水系电解液能大大提高电池的安全性，避免电池在使用过程中发生电解液毒害、爆炸等问题。同时，锌碘电池的比容量高，锌和碘元素在地壳中的自然储量极其丰富且获取途径相对简单，大大降低了锌碘电池的使用成本，便于实际应用。

    尽管越来越多关于锌碘电池中碘载体材料的研究被报道，例如碳基材料、无机材料、聚合物、有机物等，但截至目前，仍没有文章对碘载体材料的研究进展作系统且全面的总结。为此，该文从设计理念、构筑方法、工作机理和电化学性能等方面，综述了近年锌碘电池中碘载体材料的研究进展，探究该材料的组成、结构及形貌对锌碘电池电化学性能的影响，揭示其内在构效关系，明确了其物理限域和化学吸附、催化作用对电化学性能的协同增效机制。最后，对当前仍然存在的问题进行归纳总结，并提出碘载体材料未来可能的研究方向。

    该文认为，锌碘电池工作时的中间产物导电性极低、易溶解于电解液、多碘离子转化反应动力学缓慢等，是限制其实际应用的主要问题。

    为此，将碘活性组分限制在载体材料中，能很大程度解决上述问题。一方面，高导电性的载体材料能够促进电化学反应过程中的电子快速传输。其内部完整有序的孔隙结构能够承载碘活性物质，并能够利用孔隙结构的物理限域作用，限制中间产物多碘离子的溶解及扩散，从而提高碘单质的有效利用率、抑制多碘离子的穿梭效应。目前，包括石墨烯、多孔碳在内的碳基材料是使用最广泛的碘载体材料。

    另一方面，以不同方式构筑碳基材料的微纳结构，结合物理限域和化学吸附，也能达到抑制多碘离子溶解和穿梭的效果，从而提升锌碘电池的电化学性能。

    此外，添加金属单原子、金属氮化物、金属复合物等电催化剂，也可以加快中间产物多碘离子的氧化还原反应速率。各类有机物和导电聚合物，比如普鲁士蓝类似物、淀粉等，也被用于碘载体材料。

    但目前为止，单一的碘载体材料仍然面临着抑制效果不足、合成步骤繁琐、成本偏高等诸多问题。要将锌碘电池进一步推向实际应用，亟待摸清其内在反应机理，提高正极碘担载量，降低电解液使用量，同时抑制锌负极产生的枝晶。随着研究的不断深入和技术的不断突破，锌碘电池将在储能领域展现出更加广阔的应用前景。

    专栏主持人：刘若涵

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