《J. Am. Chem. Soc.》：动态Janus界面设计助力极端条件下可逆、快充锌碘电池
Dynamical Janus Interface Design for Reversible and Fast-Charging Zinc-Iodine Battery under Extreme Operating Conditions
Wei Zong¶, Jiantao Li¶, Chengyi Zhang¶, Yuhang Dai¶, Yue Ouyang, Leiqian Zhang, Jianwei Li, Wei Zhang, Ruwei Chen, Haobo Dong, Xuan Gao, Jiexin Zhu, Ivan P. Parkin, Paul R. Shearing, Feili Lai*, Khalil Amine*, Tianxi Liu*, Guanjie He*
J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI:10.1021/jacs.4c03615
锌（Zn）碘（I2）水系电池有望成为传统金属离子电池的替代品。然而，不理想的锌沉积/剥离效率和不可逆的多电子碘转化反应阻碍了其进一步发展。为了克服上述问题，此前大量研究集中在“盐包水”（即高浓度电解液）或引入有机溶剂添加剂的方法上。然而，这些方法不可避免地导致了高成本和高安全隐患。除此之外，高浓度电解液会严重制约碘转化动力学，这在低温条件下尤为明显。因此，开发兼具多电子碘转化高可逆性和快速反应动力学的锌碘电池具有重要意义。
基于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组报告了一种动态Janus界面设计策略，有效改善了锌沉积/剥离效率和四电子碘转化的可逆性。通过引入疏水性四乙基铵阳离子，其作为离子筛可动态调节电极-电解质界面环境，形成独特的缺水（H2O）和富氯离子（Cl-）动态Janus界面。该界面可有效抑制副反应（析氢反应）、防止ICl分解并富集反应物，从而提高锌沉积/剥离效率和四电子碘转化反应的可逆性。因此，该方法制备的Zn||Cu非对称电池表现出超过1000圈的稳定锌沉积/剥离行为，平均库仑效率为99.95%。此外，Zn||I2全电池在室温下实现了可逆和稳定的碘转化反应，包括高倍率性能（电流密度为40 A g-1时，容量为217.1 mA h g-1）和良好的循环稳定性。同时，Zn||I2全电池可在宽温度范围内（-65至+25℃）稳定运行。本研究为极端条件下可逆、快充锌碘电池的电解质-电极界面设计提供了新的方案及思路。
论文连接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c03615
动态Janus界面设计及机理示意图
