水系锌碘（Zn–I2）电池因其高安全性、资源丰富和成本低廉而被认为是极具潜力的储能体系。得益于碘元素多变的氧化态，该体系有望实现高容量储能。然而，传统Zn–I2电池主要依赖 I–/I0 的两电子转化，导致容量受限、反应动力学缓慢，并伴随明显的穿梭效应。近年来，通过引入卤素离子（如 Cl–、Br–）调控碘价态，可形成卤素间化合物并实现多电子反应，但多电子体系仍受高价碘水解、界面不稳定及可逆性差等问题制约。因此，构建能够稳定高价碘中间体并加速电化学反应动力学的体系，是实现高效可逆多电子Zn–I2电池的关键途径。

近期，东华大学化学与化工学院武培怡/焦玉聪团队提出了一种双电极协同电解质（DESA-E），构建了高度可逆的多电子Zn–I2电池（方案1）。

方案1. Zn–I2电池中不同电子转换反应示意图

研究团队在2MZnSO4（BE）中引入 [PeMIM]+Br–，实现卤素间协同调控，促进I–/I0/I+多电子转化的同时显著提升Br–/Br0反应利用率（8.9% →31.2%）。[PeMIM]+ 构建疏水微环境以稳定高价碘物种，同时其疏水烷基链调控锌沉积，实现正负极的高度可逆反应。

图1. 不同烷基链长咪唑溴盐的筛选

为筛选最优咪唑鎓盐添加剂，研究团队系统比较了不同烷基链长度的 [EtMIM]+Br– 至 [HeMIM]+Br–。理论计算表明，[PeMIM]+Br– 体系具有最高 I⁺ 水解能垒与最强 IBr2– 结合能力，表现出优异稳定性。最终确定0.5M[PeMIM]+Br– 为最优体系（DESA-E）（图1）。

图2. 双卤素电池的电化学机理

不同电压窗口下依次出现的三对可逆氧化还原峰，揭示了由I–/I0向I0/I+及Br–/Br0的多电子转化过程。双卤素协同作用显著提升Br–/Br0利用率（8.9% → 31.2%），并经XPS、原位拉曼及理论计算得到验证（图2）。

图3 不同电解质体系下阴极的氧化还原动力学

综合电化学与原位光谱结果表明，DESA-E 体系显著提升了碘的氧化还原动力学与多电子反应可逆性，抑制I3–积累并降低界面极化，实现快速稳定的多电子转移过程。（图3）。

图4 BE和DESA-E对Zn/Zn和Zn/Cu电池电化学性能的影响

DESA-E 体系显著优化锌沉积/剥离性能，对称电池在1mAcm–2下稳定循环3000小时，不对称电池可运行900 次，远超传统 BE体系。其[PeMIM]+吸附锌表面，降低水分子吸附并形成静电屏蔽，引导Zn2+均匀沉积，实现界面稳定性与动力学协同提升（图4）。

图5 全电池性能评估

与文献中报道的Zn–I2电池体系相比，DESA-E 体系显著抑制多碘离子穿梭，实现快速多电子转化，表现出更优的倍率性能、循环稳定性及库仑效率。在高温及软包条件下仍能稳定运行，充分体现多电子转移体系的实际应用潜力（图5）。

东华大学化学与化工学院博士研究生陈璇为本论文的第一作者，冯豆豆博士生为共同第一作者，通讯作者为焦玉聪研究员和武培怡教授。相关成果近期以“双电极协同电解质实现水系锌碘电池的高可逆多电子氧化还原反应（Dual-Electrode Synergistic Electrolyte Enabling Highly Reversible Multi-Electron Redox in Aqueous Zinc-Iodine batteries）”为题发表在《先进材料》（Adv. Mater.）上。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及上海市自然科学基金的等资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202513389