随着海洋能源开发和分布式储能需求的快速增长，安全、低成本且环境友好的储能技术成为关键支撑。以海水为电解质的水系锌离子电池因其资源丰富、成本低廉及天然安全性而受到广泛关注。然而，复杂的海水环境会引发锌负极腐蚀和枝晶生长，同时碘正极存在反应动力学缓慢及多碘离子穿梭效应，严重制约其实际应用性能。
2026年4月23日，南京工业大学王琳、Linghai Zhang、Chenyang Zha在《Energy & Environmental Science》上发表了题为“Activating sp Hybridization of Zinc Iodide via π sp-p Bonding Donation Enables Ah-Level Seawater-based Wearable Zinc-Iodine Pouch Cells”的研究论文，提出一种基于1,3-二氧六环调控的多功能催化策略，通过π sp-p轨道耦合作用，实现电极界面稳定与碘氧化还原动力学的协同提升。
该研究首先从分子层面出发，利用1,3-二氧六环分子中的p轨道与ZnI₂中sp杂化轨道形成π sp-p相互作用，从而调控Zn-I键电子结构。这一过程能够有效降低碘氧化还原反应的能垒，提升ZnI₂转化速率，同时抑制多碘离子的生成与迁移。实验结果表明，在优化浓度（1,3-DX6）条件下，电解液中强氢键比例由30.8%提升至32.8%，弱氢键显著减少，说明体系结构更加稳定。
在负极界面方面，1,3-二氧六环显著提升电解液疏水性，使接触角由76.0°增加至104.8°，有效减少水和溶解氧对锌表面的侵蚀，从而抑制副反应与腐蚀行为。同时，通过原位光学显微观测发现，改性后锌沉积过程始终保持平整致密，而未改性体系则在1000 s内出现明显枝晶结构，表明其对均匀沉积具有显著调控作用。
电化学测试进一步验证了该策略的有效性。Zn//Cu半电池中，改性体系在1 mA cm⁻²条件下可实现99.8%的库伦效率并稳定循环1000次，而未改性体系仅50次即发生短路。在对称电池中，其稳定运行时间可达1800 h以上，远高于未改性体系的150 h。
在正极方面，π sp-p轨道耦合作用显著增强ZnI₂及多碘离子中间体的界面吸附能力，吸附能由-0.58 eV增强至-1.12 eV，同时调控电子态密度，使轨道耦合中心接近费米能级，从而提升反应活性。原位拉曼及UV-Vis测试表明，多碘离子信号显著减弱，穿梭效应得到有效抑制。
在器件层面，Zn-I₂电池表现出优异性能。在10 mA cm⁻²条件下，电池可稳定运行25000次，容量保持约77%，平均库伦效率接近100%。同时，在高负载（40 mg cm⁻²）条件下，软包电池实现1.01 Ah容量，并在100次循环后仍保持约90%的容量。即使在15 mg cm⁻²负载下运行2700次后，容量保持率仍高达95%。
此外，该体系展现出良好的环境适应性与机械稳定性。在0–25℃范围内均能稳定运行，在弯折、压缩等复杂机械形变条件下仍保持约90%以上容量，显示出在可穿戴设备与海洋装备中的应用潜力。
1、提出π sp-p轨道耦合调控机制，实现ZnI₂电子结构优化与反应动力学提升，突破传统催化策略局限。
2、构建界面疏水与电子调控协同体系，同时抑制锌腐蚀、枝晶生长及多碘离子穿梭效应。
3、实现Ah级海水锌碘电池与25000次超长循环性能，兼具高负载能力与优异机械稳定性。
图1 海水锌碘电池应用场景及成本优势与体系挑战
图2 1,3-DX调控氢键结构并提升电解液疏水性与沉积均匀性
图3 界面极化行为优化及锌沉积动力
图4 电化学性能
图5 πsp-p轨道耦合增强Zn-I体系电子结构与反应活性
图6 多碘离子生成与穿梭效应显著抑制
图7 电池在机械变形与温度变化下保持稳定性能
本研究通过引入1,3-二氧六环分子，实现了对海水锌碘电池界面与电子结构的协同调控。π sp-p轨道耦合作用显著提升ZnI₂反应动力学，同时抑制多碘离子穿梭与副反应；疏水界面进一步增强锌负极稳定性。最终实现高负载Ah级电池、25000次超长循环及优异机械稳定性。该工作为海水储能体系提供了新的电子结构调控思路，对海洋能源利用及可穿戴储能器件具有重要应用价值。
文献链接：https://doi.org/10.1039/D6EE00836D
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