山西大学在水系锌碘电池研究方面取得重要进展

近日，山西大学分子科学研究所韩高义教授和朱胜副教授研究团队在水系锌碘电池（AZIBs）功能性粘结剂研究方面取得重要进展，相关成果“Electrostatic–Immobilized Polyiodides via Bifunctional Quaternary Ammonium Binder for Shuttle–Free and Ultra–Stable Zn–I2 Batteries”发表在材料领域期刊Advanced Functional Materials（影响因子：19.0）。山西大学分子科学研究所博士研究生周琳为该论文第一作者，山西大学为该论文第一单位，南京工业大学为该论文合作单位。

水系锌碘电池因其高安全性、低成本和环境友好性，在大规模储能领域具有广阔应用前景。然而，多碘离子（I3−、I5−）的溶解和穿梭效应严重限制了其实际应用，导致电池库仑效率低、自放电严重、循环寿命短。针对这一难题，本研究创新性地采用聚二烯二甲基氯化铵（PDDA）作为功能性粘结剂，通过其季铵基团与多碘阴离子之间的强静电作用，有效锚定活性物质，抑制穿梭行为。

研究团队通过系统性实验与理论计算发现，PDDA不仅能通过静电作用固定多碘离子，还能提升电极机械强度和界面润湿性，促进碘物种的完全转化（I− → I3− → I2）。相比于传统羧甲基纤维素（CMC）粘结剂，使用PDDA的电池在0.1Ag−1电流密度下库仑效率高达98.2%，比容量达231.1 mAhg−1，并在3.0Ag−1下实现45,000次超长循环，容量保持率超过80%。此外，PDDA基电池在12小时静置后开路电压仍保持在1.326V，显示出优异的抗自放电性能。该研究从粘结剂功能化设计的角度出发，揭示了季铵基团在抑制多碘离子穿梭、稳定锌阳极方面的双功能机制，不仅为高性能锌碘电池的开发提供了新材料策略，也为其他多电子转换型电池体系的设计提供了重要参考。

该项工作得到国家自然科学基金委、山西省科技厅等部门的经费支持。（通讯员：张颖）