发展清洁安全的能源是未来实现可持续发展的必然趋势。在锂离子电池(LIBs)和铅酸电池(LABs)占据主要储能市场的情况下，锂离子电池的安全性和铅酸电池的环境污染问题令人担忧。液流电池具有良好的循环稳定性，但其使用场景受到很大限制。与这些电池相比，水系锌电池(ZBs)因成本低、安全性高和环境友好而受到广泛关注。碘因其资源丰富、成本低、氧化还原反应活跃而广泛应用于ZBs。除了锌碘电池中的活性物质外，碘在其他ZBs中也起着重要作用。然而，目前的研究主要集中于多碘化物的穿梭效应，对碘在ZBs中的电化学行为还缺乏全面的讨论。鉴于此，新疆大学谢雪芳团队＆中南大学方国赵在本综述中全面概述了碘化物在ZBs中的电化学行为。总结了碘离子对锌阳极Zn2+ 脱溶剂行为和界面行为的影响。还讨论了碘氧化还原对增强其他氧化还原对以获得高可逆性和容量。此外，系统分析了高性能锌碘电池中碘在ZBs中的催化行为、与其他卤素离子的协同反应以及对穿梭行为的抑制措施。最后，讨论了目前还存在的一些挑战、潜在的解决方案和进一步观点。这将为碘相关水系ZBs的实际应用提供科学指导。其成果以题为“Understanding the iodine electrochemical behaviors in aqueous
zinc batteries”在国际知名期刊Journal of Energy Chemistry上发表。本文第一作者为谢雪芳副教授和新疆大学2023级硕士生徐晓新，通讯作者为新疆大学谢雪芳副教授和中南大学方国赵教授，通讯单位为新疆大学物理科学与技术学院和中南大学材料科学与工程学院。
⭐本综述全面概述了碘化物在ZBs中的电化学行为。系统的分析了碘化物在ZBs中的氧化还原行为、催化行为以及穿梭行为及其相应的抑制措施。⭐根据目前存在的挑战，提出潜在的解决方案并指出未来研究者应进一步关注的方向。(a) I–在锌负极表面的作用示意图。(b) 存在/不存在碘离子的电池的电化学阻抗。(c) Br–在液流电池内工作的示意图。(d) 含有或不含 Br–簇的溶剂化能比较。(e) 引入I–以稳定溶剂化结构。(f) Zn(H2O)62+和ZnI(H2O)5+的原子电荷和 LUMO 能级。 (a)在放电过程中促进二氧化锰溶解的碘氧化还原介质示意图。(b)放电前后 KI + MnO2混合溶液的紫外可见光谱。(c)锌锰电池中I–的工作原理图。(d)MnO2/Mn2+和I3–/ I–反应的循环伏安曲线，以及 MnO2/I2-Zn 和 MnO2-Zn 电池的放电曲线。(e)锌锰电池中Br–的工作原理图。(f) MnO2/Mn2+ 和 Br3–/Br–反应的循环伏安曲线，以及 MnO2/Br2-Zn 和 MnO2-Zn 电池的放电曲线。 (a)Zn/NH4V4O10-PAC电池内部反应示意图。(b)不同电解质的 Zn/NH4V4O10-PAC电池在0.1 mV s-1 下的CV曲线比较。 (a)碘单质在锌-苯醌电池中的作用示意图。(b)阴极电化学反应示意图和(c)有碘离子或无碘离子时的阴极反应。(d)碘离子对锌硫电池的作用示意图；(e) 碘离子的催化机理。
(a) PC@Fe2N-4上的碘氧化还原示意图；(b)基底和碘之间的电荷密度差和电荷分布；(c)
PC@Fe2N-4/I2和PC@Fe2N-0/I2在充电/放电过程中的原位拉曼光谱。(d) IL-ZIF-90的结构式和不同位点的还原反应ΔG。
(a)使用NiSAs-HPC/I2阴极的Zn-I2电池放电/充电行为示意图。(b) NiSAs在放电/充电过程中的关键作用示意图。(c)使用NiSAs-HPC/I2和HPC/I2阴极的Zn-I2电池在不同放电/充电状态下的原位拉曼光谱。(d) 利用“限制催化”技术在水系ZnǀǀI2电池中进行碘氧化还原反应，并利用单原子铁催化剂降低转换能垒。(e) SACs@NG中C、N和金属原子活性位点之间的相互作用及其对I2的吸附能和I2还原的吉布斯自由能图。
(a) 存在/不存在溴离子时的I–转化过程。(b) 溴离子激活I0/I+氧化还原反应的示意图。(c) Br–在锌碘电池中的作用示意图。(d) Br– 作为络合剂与I– 作用的概念图。(e) I2Br–和I3– 离子结构。碘电池(f) 不含Cl– 和(g)含Cl– 的反应示意图。
(a) 聚碘化物的穿梭行为。(b) 功能膜对穿梭效应的抑制。(c)
Zn 阳极人工涂层法。(d) [SCN] –与电解液中I – 的相互作用示意图以及(e)电解液浓度对I3–含量的影响。(f)普鲁士蓝催化剂示意图。(g)石墨烯吸附I3–的示意图。(h)
ODA双铵链与 I3–的相互作用示意图。
在本综述中重点总结了碘离子在ZBs中的催化作用和氧化还原作用，阐明了碘离子对Zn2+的脱溶行为和界面行为的影响。讨论了碘氧化还原对增强其他氧化还原对(如MnO2/Mn2+氧化还原对和钒氧化还原对)以实现高可逆性和高容量的作用。还系统分析了碘在锌电池中的催化行为、与其他卤化离子的协同反应以及在高性能锌碘电池中的抑制穿梭行为。然而，仍有一些方面需要注意。例如，碘离子浓度对锌离子电池性能优化的影响尚不明确。对碘离子的氧化还原和催化行为的研究相对较少。此外，如何提高碘离子在循环过程中的稳定性也有待进一步探索。因此，本文提出了设计有效的碘电化学行为的未来前景，为碘相关ZBs的实际应用提供科学指导。1. 碘离子的存在促进了锌离子的脱溶过程，但研究发现碘离子浓度对锌电池的电化学性能有显著影响。因此，应合理研究和选择电解液中碘离子的浓度，以最大限度地提高电池性能。碘的浓度会影响电解质的性质，进而影响锌离子在负极的行为。碘的浓度还会影响其他氧化还原对的可逆性。如果浓度过高，就会占据反应表面，积累不可逆的碘。如果碘的浓度过低，就很难维持足够的氧化还原过程。电池的充放电反应将受到限制。电池的放电容量和能量密度也会受到影响。因此，我们可以通过电化学阻抗、塔菲尔斜率曲线和数据分析，进一步研究添加适当浓度碘的碘化学电化学行为。2.与碘反应有关的氧化还原和催化行为非常重要。在将氧化还原对与其他氧化还原对耦合时，需要考虑许多因素，例如阴极电极材料的储能机制类型和电解质类型。值得注意的是，选择电解质时需要考虑碘的溶解性和稳定性。碘化学中催化行为的研究非常广泛，但催化剂的选择至关重要。应重点探索吸附性能更好的载体材料，研究碘离子催化过程对电池性能的影响。此外，评估催化剂的稳定性仍需考虑碘离子浓度和电极表面容量等因素，而这些因素在传统研究中很容易被忽视。3. 如何提高碘离子在循环过程中的稳定性值得进一步探讨。由于碘离子通常溶解在电解质中，影响其稳定性的成分包括阴极载体、锌阳极、电解质和分离器。这些因素需要科学设计，以促进碘离子的可逆反应。通常，碘化学的稳定性是在极低的面积容量(低于0.4 mAh cm-2)下进行评估的。然而，这并不符合实际应用的要求，需要在更高的面积容量下进行评估。研究小组最好制定碘负荷或面积容量标准，以提高研究成果的通用参考价值。Xuefang Xie*, Xiaoxin
Xu, Shuquan Liang, Guozhao Fang*. Understanding the iodine
electrochemical behaviors in aqueous zinc batteries. J. Energy Chem.
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.09.049
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