元素鹵素作為有前景的儲(chǔ)能電極引起了相當(dāng)大的興趣，但它們存在一些固有的缺點(diǎn)，包括碘的揮發(fā)性、液溴的腐蝕性以及循環(huán)過(guò)程中不希望的穿梭行為。

香港城市大學(xué)支春義、Andrey L. Rogach等為解決這些問(wèn)題，建議采用對(duì)鹵離子具有強(qiáng)化學(xué)吸附作用的雙銨鹽作為電極，以實(shí)現(xiàn)安全可靠的水系氧化還原鋅離子電池。

圖1 材料合成表征

為此，基于1,8-辛二胺（ODA）框架，作者開(kāi)發(fā)了一系列穩(wěn)定安全的鹵素雙銨鹽，其帶有-Br、-I或混合-Br/-I末端（ODABr₂、ODAI₂和ODABrI）。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合DFT模擬闡明了ODABr₂和ODAI₂電極中強(qiáng)烈的主-客體化學(xué)吸附相互作用，它能夠觸發(fā)有效的電子轉(zhuǎn)移并抑制多鹵化物的交叉擴(kuò)散。除了消除與使用元素鹵素相關(guān)的安全問(wèn)題外，水系Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂電池的氧化還原動(dòng)力學(xué)和循環(huán)耐久性都顯著增強(qiáng)。

圖2 ODABr₂和ODAI₂正極在鋅離子電池中氧化還原性能

研究顯示，Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂電池的氧化還原電位分別為1.80 V和1.26 V，在0.5 A g^-1下容量接近理論極限，對(duì)于Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂分別達(dá)到了235 mAh g^-1和312 mAh g^-1，并且具有長(zhǎng)壽命（ODAI₂為10000次循環(huán)，ODABr₂ 為3000次）。

此外，Zn||ODABr₂電池實(shí)現(xiàn)了524 Wh kg^-1的高能量密度，優(yōu)于之前報(bào)道的大多數(shù)類(lèi)似物。該工作為開(kāi)發(fā)安全、高性能的水系鹵化鋅電池提供了化學(xué)吸附相互作用的新途徑，并為開(kāi)發(fā)安全、穩(wěn)定、高效的金屬鹵化物電池提供了重要的里程碑。

圖3 Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂電池的電化學(xué)性能

Bis-ammonium salts with strong chemisorption to halide ions for fast and durable aqueous redox Zn ion batteries. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107278