『碘基文献速览』武汉大学杨培华团队&南京理工大学翟腾Nano Lett.:可持续粘结剂驱动金属-碘电池中的四电子I⁻/I⁰/I⁺转换

第一作者：鲜靖林、谢森

通讯作者：杨培华、翟腾

通讯单位：武汉大学、南京理工大学

DOI：10.1021/acs.nanolett.5c06363

【核心内容】

     实现碘正极中I⁻/I⁰/I⁺三态可逆转化所对应的四电子转移过程，是提升金属–碘电池能量密度的核心路径，但长期受限于转化动力学迟缓及高价态I⁺物种本征不稳定性。武汉大学杨培华研究员团队&南京理工大学翟腾联合提出一种粘结剂主导的界面调控策略：通过引入富含亲核性羧基的聚合物粘结剂，在电极内部构筑限域微环境，有效稳定I⁺中间体并促进全四电子碘氧化还原反应的高效进行。该设计将碘的多步氧化还原过程与电解质本体解耦，显著提升其在不同电解质体系（包括水系与非水系）中的普适性与兼容性。实验表明，Zn–I₂水系电池在10 C倍率下实现411 mAh g⁻¹的高比容量，并在10,000次循环后保持88%的容量；Li–I₂有机电池则展现出400 mAh g⁻¹的比容量、3.5 V的I⁺/I⁰特征放电平台，基于活性物质I₂的能量密度高达1344 Wh kg⁻¹，为迄今报道的最高值。本工作提供了一种无需引入卤素添加剂、工艺简洁、易于规模化放大的可持续解决方案，为发展高能量密度、长寿命的多电子卤素基电池提供了新思路。

示意图1. 所提出的粘合剂策略与用于实现碘电极中的多电子反应的常规方法之间的比较

     其相关成果以题为“Sustainable Binder-Driven Four-Electron I⁻/I⁰/I⁺Conversion in Metal−Iodine Batteries”在国际知名期刊《Nano Letters》上发表。

【图文简介】

图1. 亲核粘合剂策略使四电子碘氧化还原化学跨越不同的电池系统

图2. PSA粘合剂在碘电极中作用的机理研究

图3. PSA和PVDF粘合剂的机械性能和稳定性及其与碘中间体的相互作用

图4. PSA基Zn-I₂电池的电化学性能

图5. 基于PSA的Li−I₂电池的电化学性能

【结论】

     综上所述，本研究提出一种简单、低成本、无卤素的羧酸类黏结剂策略，通过其羧基官能团高效促进I⁰→I⁺电化学转化，并在多种电池体系中稳定热力学不稳定的I⁺中间体，从而实现动力学快速、热力学有利的全可逆四电子氧化还原反应（I⁻/I⁰/I⁺）。该黏结剂兼具适度I⁻吸附能力与优异的机械强度，协同抑制活性物质流失并增强电极结构完整性。基于此，Zn–I₂电池展现出411 mAh g⁻¹的近理论比容量及超过10,000次循环的超长寿命；该策略亦成功拓展至Li–I₂体系，实现400 mAh g⁻¹比容量与1344 Wh kg⁻¹高能量密度。该工作不仅为高性能碘基正极提供了新范式，更构建了一个通用、绿色且可放大的高能量密度电池技术平台。

【文献信息】

J. X. Xie, J. Zheng, T. Zhai, P. Yang, Sustainable Binder-Driven Four-Electron I⁻/I⁰/I⁺Conversion in Metal−Iodine Batteries.

Nano Lett. 2026, 26, 7, 2744–2751

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c06363

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