近日，英国上市公司365先进储能碳材料创新团队在锌碘电池方向取得新进展，相关研究成果发表在国际权威期刊《Advanced Energy Materials》。我校为论文第一完成单位，英国上市公司365资格教授贾德东为第一作者，何孝军教授为通讯作者，济南大学谭华教授和周伟家教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽省高校优秀科研创新团队等项目的支持。
水系锌碘电池（Zn-I2）具有高安全性、低成本和高容量的优点，是大规模储能领域的强有力候选者之一。但是多碘化物溶解穿梭和碘转化反应动力学迟缓限制了锌碘电池的电化学性能。碳材料是应用广泛的碘宿主材料，对其物理结构和化学性质进行多维度设计可以应对上述问题。合理调控和优化碳材料的孔结构，可以将碘物种束缚在碳材料孔道内，缓解碘的溶解和多碘化物的迁移；通过杂原子掺杂调节临近碳原子的电荷环境，增强表面极性，强化碘物种与碳宿主的相互作用，抑制多碘化物的穿梭效应；再者在碳基底中引入具有催化活性的单原子催化剂或过渡金属化合物，可提高碘转化的反应动力学，并进一步增强对碘物种的化学吸附。然而单一的结构优化策略无法满足高性能Zn-I2电池对正极的苛刻要求，理想的碘宿主材料应兼具合理的孔结构、高杂原子掺杂水平以及高催化活性，以协同提升对碘物种的物理限域、化学锚定及快速的氧化还原反应动力学，从而实现高容量与长循环寿命的目标。
（合成和结构表征）
（单原子催化剂对各类碘物种的吸附研究）
（Zn-I2电池的电化学性能）
（抑制多碘化物穿梭效应和保护锌负极的相关研究）
（电池的反应动力学和碘转化机制研究）
本文开发了一种高N掺杂介孔碳负载Mn单原子（SAMn-N3-C）正极材料，以用于电解质Zn-I2电池。该材料不仅可以通过物理化学作用锚定碘物种，抑制多碘化物穿梭，同时不饱和配位的Mn-N3可以进一步增强对各类碘物种的有效吸附，并通过降低碘转化化学中速率决定步骤的吉布斯自由能，加速反应动力学，增强转化效率，这种多功能碘宿主材料具有的协同作用显著提升了Zn-I2电池的性能，在1 A g-1时容量达到336.2 mAh g-1，并可稳定工作50,000个循环。这一工作通过将单原子催化剂与多孔结构相结合，建立了具有物理化学限域和高效转化协同作用的碘宿主材料新方法，有望推动Zn-I2电池技术在实际应用中的进一步发展。
论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202505589
（撰稿：贾德东 审核：韩新亚、黄宇弦）
