化学化工学院梁宵教授课题组在水系卤素电池领域取得重要进展

锂离子电池在资源丰富性、成本效益和安全问题等方面均存在挑战，急需设计本征安全、低成本、长寿命的电池新体系。传统水系电池比能量低（<50 Wh/Kg），水系锌-卤素电池因其本征安全、原材料丰富、元素价态丰富等特点而受到关注。梁宵教授团队基于前期构建的卤素四电子转移电化学反应（Nature Communications, 2021, 12, 170），利用电极的络合效应协同水系电解液中的盐析效应，有效提升了多电子转移卤素电池的循环稳定性，构建了本征安全、低成本、长寿命的高比能锌溴电池和锌碘电池。为开发高比能、本征安全和低成本的水系电池提供了新思路和新策略。

卤素四电子电化学反应（X^-/X₂/X⁺，X=I或Br）所涉及的聚卤离子（如ICl₂^-，Br₃^-，BrCl₂^-）在水系电解液中易溶解、水解，使得水系卤素电池实际能量密度偏低且易衰减。该团队利用电极中的季铵络合效应增强聚卤离子的化学稳定性、水系电解液中硫酸盐析排斥效应，解决了聚卤离子的溶解和水解问题，阐明了络合-盐析协同作用机制。该作用机制进一步构建了分子拥挤型的凝胶化电极，抑制了析氧、析氯副反应，并克服了传统转化型正极反应的动力学挑战。

该团队通过软包电池展示了四电子锌溴电池的高能量密度（106 Wh kg^-1）、低材料成本（$ 28 kWh^-1）、及优异的能量效率（88.9%），在储能领域展现出较大的应用潜力和优势。

络合-排斥策略应对卤素电池的水解、析氧及动力学挑战

高比能水系锌溴软包电池

两项研究成果分别以“Practical High-Energy Aqueous Zinc-Bromine Static Batteries Enabled by Synergistic Exclusion-Complexation Chemistry”、“Stabilized Four-Electron Aqueous Zinc–Iodine Batteries by Quaternary Ammonium Complexation”为题发表在Joule和Chemical Science等国际顶刊。博士研究生徐琛为Joule文章的第一作者，博士研究生蒋鹏杰为Chemical Science文章的第一作者，梁宵教授为论文通讯作者，湖南大学为唯一通讯单位。

论文链接：

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00541-X

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/sc/d3sc06155h

来源：化学化工学院

责任编辑：余楚倩