支春义Nano Energy：双铵盐正极助力水系锌离子电池10000次循环！

元素卤素作为有前景的储能电极引起了相当大的兴趣，但它们存在一些固有的缺点，包括碘的挥发性、液溴的腐蚀性以及循环过程中不希望的穿梭行为。

香港城市大学支春义、Andrey L. Rogach等为解决这些问题，建议采用对卤离子具有强化学吸附作用的双铵盐作为电极，以实现安全可靠的水系氧化还原锌离子电池。

图1 材料合成表征

为此，基于1,8-辛二胺（ODA）框架，作者开发了一系列稳定安全的卤素双铵盐，其带有-Br、-I或混合-Br/-I末端（ODABr₂、ODAI₂和ODABrI）。

实验数据结合DFT模拟阐明了ODABr₂和ODAI₂电极中强烈的主-客体化学吸附相互作用，它能够触发有效的电子转移并抑制多卤化物的交叉扩散。除了消除与使用元素卤素相关的安全问题外，水系Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂电池的氧化还原动力学和循环耐久性都显著增强。

图2 ODABr₂和ODAI₂正极在锌离子电池中氧化还原性能

研究显示，Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂电池的氧化还原电位分别为1.80 V和1.26 V，在0.5 A g^-1下容量接近理论极限，对于Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂分别达到了235 mAh g^-1和312 mAh g^-1，并且具有长寿命（ODAI₂为10000次循环，ODABr₂ 为3000次）。

此外，Zn||ODABr₂电池实现了524 Wh kg^-1的高能量密度，优于之前报道的大多数类似物。该工作为开发安全、高性能的水系卤化锌电池提供了化学吸附相互作用的新途径，并为开发安全、稳定、高效的金属卤化物电池提供了重要的里程碑。

图3 Zn||ODABr₂和Zn||ODAI₂电池的电化学性能

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