随着对高效且可持续能源存储系统需求的不断增长，推动了对传统锂离子电池之外新型电池技术的研究。水系锌基电池（AZBs）由于采用锌金属副极，展现出高安全性、低成本、环境友好性以及优异的能量/功率密度等显著优势，因而备受关注。
在此，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋团队通过在稀释电解液中引入六亚甲基四胺（HMTA）作为添加剂，有效应对了4eZIBs中与碘正极和锌负极相关的关键挑战。在水系电解液中，HMTA发生质子化反应，形成带正电荷的氮基团（-NH⁺），并通过离子相互作用与多碘化物及ICl₂⁻阴离子结合。这一机制显著抑制了多碘化物穿梭效应，并增强了I⁺物种对水解反应的稳定性。
此外，HMTA能够优先吸附于锌表面，与水分子竞争以抑制HER。同时，吸附态HMTA与Zn²⁺发生配位作用，促进去溶剂化过程并调控锌的沉积/剥离行为，从而有效抑制枝晶的生成。基于此，2eZIBs在0.2 A g⁻¹的电流密度下实现了高达215 mA·h giodine⁻¹的比容量以及超过99%的高库仑效率（CE），并在4 A g⁻¹的条件下展现出接近25000次循环的卓越耐久性。
此外，HMTA的配位效应显著提升了4eZIBs的可逆性，在0.4 A g⁻¹的电流密度下实现了接近理论值的425 mAh giodine⁻¹的比容量，并在4 A g⁻¹下表现出长达5000次循环的稳定性能。在高负载正极（约18.5 mgiodine cm⁻²）和高锌利用率（ZUR，约43%）条件下，0.5 Ah的2e Zn−I₂软包电池可实现672次循环的长寿命，且容量保持率维持在80%。
实验结果表明，一个0.5 Ah的4e Zn−I₂软包电池在15%的ZUR条件下运行时，能够实现113.0 Wh kg⁻¹的高能量密度（基于正极与负极总质量计算），并展现出1400次循环、容量保持率为80%的出色循环性能。
图1. 2eZIB的电化学性能
总之，该工作以HMTA作为电解质添加剂，在实现高度可逆的4e I−/I0/I+电化学反应和锌负极沉积/剥离稳定性方面发挥了关键作用。在正极侧，HMTA在水系电解质中通过质子化生成N+中心，分别与多碘化物和I+物种配位，有效抑制了穿梭效应和水解反应的发生。
基于此，4eZIBs展现出接近理论值的425 mAh g碘−1比容量，并具备长达5000次循环的优异长期稳定性。在锌负极侧，原FTIR 和MD模拟揭示了HMTA分子优先于水分子吸附于锌表面，重构了界面水环境并削弱了Zn2+-H2O配位结构，从而显著提升了锌负极的可逆性，同时有效抑制了枝晶生长和HER。
基于对正、负极的同时优化，具有高负载正极和可控锌利用率（ZUR）的4e Zn-I2软包电池展现出卓越的循环性能。具体而言，制备了一款ZUR为15%的0.5 A h 4e Zn-I2软包电池，其能量密度高达113.0 Wh kg−1（基于正极和负极的质量计算），并在1400次循环后仍保持80%的初始容量。
此外，即使在ZUR高达约47%的 1 Ah软包电池中，使用ZS/NaCl-0.2HMTA电解质仍表现出出色的可逆性，350次循环内性能无明显衰减。因此，该工作为4e ZIBs的实际应用提供了强有力的科学依据，为开发适用于大规模储能系统的先进水系锌基电池奠定了重要基础。
图2. 软包电池的电化学性能
Coordination Chemistry toward Advanced Zn–I2 Batteries with Four-Electron I–/I0/I+ Conversion， Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.5c02085
乔世璋 教授，现任澳大利亚阿德莱德大学化工与材料学院纳米技术首席教授，能源与催化材料中心（Centre for Materials in Energy and Catalysis）主任，主要从事新能源技术纳米材料领域的研究，包括电池、电催化、光催化等。作为通讯联系人，在 Nature、Nature Energy、Nature Communications、Journal of American Chemical Society、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials 等国际顶级期刊发表学术论文超过492篇，引用超过103,200次，h指数为164。