香港城市大学支春义/上海大学杨绪勇，Nature子刊！

传统的ABO3结构氧化物钙钛矿（A和B分别为二价和四价金属阳离子）因其良好的铁电、介电、磁性和能量存储性能而备受关注。然而，由于氧空位的丰富性，它们在金属空气电池中的应用受到限制。

相比之下，卤化物钙钛矿（ABX3，A为单价阳离子，B为二价阳离子，X为I、Br或Cl）因其较窄的带隙而在光电应用中表现出色，但在电池领域的研究尚处于初级阶段。低维（LD）钙钛矿材料，包括二维（2D）、一维（1D）和零维（0D）结构，因其在结构稳定性方面的优势而受到关注。

在此，香港城市大学支春义，上海大学杨绪勇等人设计了一种苯甲基三乙基铵碲碘化物钙钛矿（(BzTEA)₂TeI₆），作为锌离子电池的正极材料。这种钙钛矿结构使得X位和B位元素能够分别进行高度可逆的硫族和卤素相关的氧化还原反应。

通过工程设计的钙钛矿能够限制活性元素，减轻穿梭效应，并促进其表面的氯离子转移。这使得原本电化学惰性的高价碲阳离子得以利用，最终在合适的电解液中实现了特殊的十一电子转移模式（Te⁶⁺/Te⁴⁺/Te^2-，I⁺/I₀/I^–，和Cl₀/Cl^–）。

实验结果显示，Zn||(BzTEA)₂TeI₆电池在0.5 A g^-1的电流密度下，展现了高达473 mAh g^-1 Te/I的高容量和577 Wh kg^-1 Te/I的大能量密度，并且在3 A g^-1的电流密度下循环500次后，容量保持率高达82%

总之，该工作所设计的（BzTEA）₂TeI₆钙钛矿作为一种已被验证的、可实现B位硫族元素和X位卤素氧化还原反应的方法，作为转换型正极材料进行了研究。（BzTEA）₂TeI₆正极有效地限制了活性硫族元素和卤素元素，并使氯离子能够快速转移，以氯化碲离子的形式稳定了高价碲阳离子。

在与适配的Ch₀.₄Zn₀.₆Cl₁.₆·1.5H₂O电解质配合后，Zn||（BzTEA）₂TeI₆电池成功实现了十一电子转移，其新出现的氧化还原对包括Cl⁰/Cl⁻（1.81 V）、I⁺/I⁰/I⁻（1.64和1.26 V）、Te⁶⁺/Te⁴⁺（1.53 V）、Te⁴⁺/Te⁰（1.26 V）以及Te⁰/Te²⁻（0.51 V），所有这些都有助于实现超过577 Wh kg⁻¹（以Te/I计）的高能量密度。

因此，Zn||（BzTEA）₂TeI₆电池在0.5 A g⁻¹的电流密度下展现出473 mAh g⁻¹（以Te/I计）的高容量，并且在1 A g⁻¹的电流密度下经历500次循环后容量仍保持在77%以上。相应的软包电池也展现出了113 mAh的高容量，展示出了良好的储能稳定性。因此，该工作为设计利用硫族-卤化物钙钛矿正极的高能量电池提供了新的思路。

图2. Zn||（BzTEA）₂TeI₆电池的循环性能

A tellurium iodide perovskite structure enabling eleven-electron transfer in zinc ion batteries, Nature Communications 2025 DOI: 10.1038/s41467-024-55385-6

支春义，香港城市大学材料科学与工程系教授，香港青年科学院院士、英国皇家化学会会士、Clarivate高被引研究员（2019-2022，材料科学）和RGC高级研究员。主要研究方向为BCN纳米结构的性质研究。