随着全球对可持续能源存储系统的需求不断攀升，促使科研人员致力于研发低成本、高能量密度且安全的电池技术。水系锌碘（Zn-I₂）电池凭借碘的较高的天然丰度、高理论比容量（211 mAh g^-1），以及较高且平坦的电压平台等优势，具有不错的应用前景。然而，其实际应用面临穿梭效应、高载量时碘的反应动力学迟缓等挑战。

近日，华中科技大学黄亮团队、池小东团队联手清华大学曲良体团队，使用一种自身具有氧化还原活性的四嗪基配体（BMT）作为正极锚定碘三离子，实现了高载量、长寿命、高能量密度的锌碘电池制备。BMT展现出可逆的双电子氧化还原过程（1.0 V vs. Zn/Zn²⁺）提供了额外的电荷存储容量(174 mAh g^-1)，避免因引入额外I₃^-锚定剂导致的电极整体能量密度的降低。此外，分子量仅为308.39的BMT分子还可以1:2的化学计量比与I₃^-离子形成稳定沉淀物，通过共价-静电协同限域机制快速络合I₃^-离子，有效抑制多碘化物的穿梭，创下了碘锚定效率的新纪录。该研究工作提出了一种自储能兼顾限制多碘化物穿梭的双重机制的阴极设计策略，为开发长寿命、高能量密度的碘基电池提供了新思路。

针对传统活性炭正极在高载量时面临倍率性能差和穿梭效应严重的问题，该工作在正极引入自身具有氧化还原活性的、用于锚定I₃^-的BMT分子，同时保留高比表面面积的活性炭作为负载氧化产物I₂和BMT的主体。BMT分子在2M ZnSO₄和2M ZnSO₄⁺ 0.2M KI的电解液中均具有良好的氧化还原可逆性，证明了BMT分子在锌碘电池体系中储能的有效性。进一步，明确了BMT与I₃^-以1:2的化学计量数之比，以及BMT自身氧化产物分子及氧化还原位点。密度泛函理论DFT计算证实了BMT可以通过强共价-静电协同作用实现对I₃^-的稳固络合作用，形成的络合产物具有高稳定性与高结合能。测定了络合产物2I₃^-@BMT的络合常数和热稳定性，验证BMT在全电池中对I₃^-的锚定能力。在原位可见紫外光谱测试中，使用添加有BMT的正极组的锌碘全电池电解液中穿梭效应得到了显著的抑制。

通过组装扣式电池和软包电池分别探究BMT正极的电化学性能和实际应用前景。循环伏安数据表明了BMT正极在低扫速条件下循环的稳定性和可逆性。阻抗表征结果和倍率测试结果证明了BMT正极具有更低的电荷转移阻抗和倍率性能，进一步通过前沿分子轨道分析显示络合产物2I₃^-@BMT的HOMO-LUMO能隙狭窄（ΔE=0.9 eV），从机理上阐述了BMT正极优异的电荷转移特性。软包循环测试表明，在高载量条件下BMT正极可显著提高正极容量、库伦效率和循环容量保持率，展示了BMT正极设计策略实用化的潜力。

Confinement of Polyiodides by Dual-Functional Tetrazine Cathodes in Zn–I₂ Batteries

Bei Qi, Yongping Chai, Yajie Hu, Zhengyao Liu, Yan Wang, Kang Chen, Chaoran Tan, Xinyu Bai, Prof. Kefeng Xie, Prof. Huhu Cheng, Prof. Xiaodong Chi, Prof. Liang Huang, Liangti Qu

该研究工作的第一作者是华中科技大学武汉光电国家研究中心博士研究生齐备，共同一作为华中科技大学材料科学与工程学院博士研究生柴永萍。通讯作者为清华大学化学系曲良体教授、华中科技大学武汉光电国家研究中心黄亮教授、华中科技大学材料科学与工程学院池小东教授。该研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202507497