研究背景可充电的锌（Zn）-I2电池因其丰富的I2储量、高放电电压和高达211 mA h giodine-1的高比容量，被认为是最有前途的系统之一。然而，I−的放电产物易与I2结合，在水电解质中生成高可溶性的多碘离子，包括I3−和I5−，导致严重的穿梭效应和效率衰减。科研人员提出了阳离子交换膜、开发多种基质、引入杂原子掺杂等多种策略优化Zn-I2电池电化学性能，在一定程度上抑制I2正极的穿梭效应，但它们不能解决Zn负极所面临的问题。对Zn-I2电池中的电解质改性，可同时抑制正极穿梭效应和提高Zn的可逆性，但这些电解质设计大大增加了制造成本，降低了电池的能量密度，限制了它们的大规模应用。共晶电解质作为一类新型的流体体系，在储能领域受到了广泛的关注。虽然共晶电解质有提高Zn可逆性的报道，但对其在循环过程中对多碘离子的穿梭抑制效果的研究却很少。目前，所有报道的锌电池共晶电解质都是基于ZnCl2、Zn(CF3SO3)2、Zn(TFSI)2等盐，都各自存在问题。因此，开发高安全性和低成本的共晶电解质是先进电池设计的迫切需要。图文导读理论研究ZnSO4·7H2O在浓度约为3.5 m（mol kg−1）的纯水中具有良好的溶解度。当溶剂改为甲醇和乙醇时，ZnSO4·7H2O的溶解度明显降低，但在EG、PG和甘油等多羟基醇中的溶解度要高得多。对不同溶剂分子进行静电势（ESP）和自然键轨道（NBO）分析，结果表明除多个-OH基团外，多羟基醇具有更多的-H正电荷态，显著影响了ZnSO4·7H2O的溶解度。FTIR光谱显示了H-O-H角的弯曲振动和O-H基团在1642 cm−1和3181 cm−1处的拉伸振动，PG溶剂的使用导致两种振动都转向更高的波数，表明氢键的形成增强，有助于降低水的活度和锌阳极的副反应。图1. ZnSO4基电解质系统通过MD模拟，作者揭示了Zn2+在HEE中溶剂化结构的演变。RDF和CN表明，在第一个Zn2+溶剂化鞘中存在~4.0个水分子和~2.0个PG分子。不同于Zn(H2O)62+在2.0 m ZnSO4水溶液中的溶剂化，在HEE中形成了独特的Zn(H2O)4PG22+的Zn2+溶剂化。通过密度泛函理论（DFT）计算，作者比较了不同溶剂化结构下Zn2+的脱溶能。结果表明，ZnSO4水溶液中Zn(H2O)62+的解溶剂能为2.99 eV，高于HEE中Zn2+(H2O)4PG2的解溶剂能，表明在HEE中Zn2+更容易从Zn(H2O)4PG22+中脱溶剂。PG溶剂是可燃性的，但随着ZnSO4浓度的增加，共晶电解质的安全性能逐渐增强，最终消除可燃性。图2. ZnSO4基HEE图3. I2正极循环时的原位表征图4. Zn在ZnSO4和HEE水溶液中的行为电池性能在1 mA cm−2和0.5 mA h cm−2条件下，Zn-Cu电池的初始库伦效率（CE）较低，为62.6%。使用HEE的Zn-Cu电池的初始CE高达91.2%。即使在循环2000 h（比在水溶液中循环时间长10倍）后，Zn-Cu电池仍保持高可逆性，总体平均CE为99.3%。在HEE中，Zn-Cu电池在500 h内的循环稳定性显著提高，平均CE高达99.9%。在ZnSO4水溶液电解质中，第200次循环后的Zn电极出现明显的高度变化，腐蚀严重，可逆性差。在HEE中循环的Zn电极表面平坦，没有明显的腐蚀积累。在1 mA cm−2下，具有HEE的电池显示出超级循环稳定性，寿命超过2000 h。此外，采用ZnSO4水溶液电解质的电池不能在-30 ℃下工作，而具有HEE的电池在-30 °C下工作良好，循环1200 h后的平均CE高达99.4%。图5. Zn在半电池中的可逆性含ZnSO4水溶液电解质的电池，在150次循环中显示出较低的平均CE，为96.5%，而HEE电池的平均CE达到99.6%，表明HEE显著抑制了I2穿梭效应和Zn副反应。两种电池在1 C下的容量相近，约为210 mA h g−1。当增加到5 C时，HEE电池的容量保持在195.7 mA h g−1，优于ZnSO4水溶液电池的容量（188.3 mA h g−1）。即使在20 C下，具有HEE的电池也显示出高倍率容量，约为91.4%。进一步增大电流后，含HEE的电池容量没有明显下降，而含ZnSO4水溶液的电池系统容量衰减明显。在5 C的倍率下，两种电池的CE都达到了~100%，且初始容量相似。循环1200次后，含ZnSO4水溶液的电池容量和CE出现明显波动，说明I2穿梭效应和Zn枝晶形成导致电池失效。具有HEE的电池在2000次循环中具有97.9%的容量保持率。在循环后，Zn电极表面平坦致密，在HEE中没有腐蚀副产物和枝晶形成，有助于增强循环稳定性。
图6. 全电池的表征
文献信息Low-cost and Non-flammable Eutectic Electrolytes for Advanced Zn-I2 Batteries. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202310284.
