研究背景

人们对太阳能、风能和潮汐能等低碳能源的需求日益增长，但是其发电面临着不连续性问题。因此，引发了研究人员对大规模电化学储能系统（EESs）的深入研究。在过去几十年里，锂离子电池（LIBs）以其高比能和长寿命的优点占据了电化学储能器件的商业市场。然而，LIBs在资源丰富性、成本效益和安全问题等方面均存在挑战，急需设计本征安全、低成本、长寿命的电池新体系。近十年来，锌金属电极由于具有高比容量（820 mAh kg^-1和5855 mAh cm^-3），低氧化电位（–0.763 V vs. SHE），强化学稳定性，与水系电解液具有高适配性的优势而备受关注。目前常用的水系锌离子电池的正极材料通常为有机材料、锰基化合物、钒基化合物和普鲁士蓝类似物在内的各种正极材料。然而，这些材料大多数依赖表面氧化还原机制或离子插层机制，这使得这些正极材料通常表现出较差的比容量和功率密度。研究表明，具有转化机制的正极材料可以显著提高水系锌离子电池的比容量和功率密度。其中，卤素材料由于具有储量大，分布广泛，理论容量高（氯：755 mA h g^-1；溴：335.5 mA h g^-1；碘：211；422 mA h g^-1），氧化电位高（氯：1.36 V；溴：1.07 V；碘：0.54 V（vs. SHE））、价态丰富的优势同样受到广泛关注。因此集合了锌金属、水系电解液以及卤素优点的水系锌-卤素电池（AZHBs）体系激发了研究人员的浓厚兴趣。然而，AZHBs体系除了存在锌负极析氢腐蚀、枝晶生长、表面钝化等问题，还存在多卤离子穿梭、卤素正极转化动力学缓慢、卤素负载量偏低等正极方面的问题。

文章简介

目前，已有一些综述对碘/溴基正极水系锌离子电池的研究进展进行了概述，然而，这些综述多是从电池的正负极、隔膜以及电解液四个部分展开描述的。但将碘/溴/氯三种卤素合并且主要聚焦于正极材料综述却是少之又少。针对AZHBs正极方面的问题，利用物理约束或化学吸附/催化开发合适的宿主材料是一种基本而有效的方法。近年来，围绕上述问题取得了大量富有成效的科研进展，因此有必要就相关进展进行系统梳理总结。

相关综述以题为“Elemental halogen cathodes for aqueous zinc batteries: mechanisms, challenges and strategies”在国际知名期刊J. Mater. Chem. A上发表。

文章要点

首先介绍了AZHBs的反应机理和基本挑战；讨论总结了先进正极宿主材料制备多种策略，强调了在诸策略改性下的AZHBs取得的性能上的提高；最后，分享了对AZHBs发展前景的观点，期望对高性能AZHBs的进一步发展提供有价值的指导。

文章链接

https://doi.org/10.1039/D4TA05108D

第一作者简介

闫志捷，天津大学化工学院2023级硕士，导师为杨春鹏教授，本科毕业于青岛大学。致力于水系锌离子电池的正极研究。

2024-9-13