隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我們正面臨著一個(gè)關(guān)鍵問題：如何在滿足日益增長(zhǎng)的能量需求的同時(shí)確保電源技術(shù)的安全性、能量密度和循環(huán)壽命？鋰離子電池作為一種廣泛應(yīng)用的能源存儲(chǔ)技術(shù)，已經(jīng)成為了解決方案的重要組成部分。然而，鋰金屬昂貴的價(jià)格限制了其持續(xù)推廣使用。因此，開發(fā)新型能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)變得越來(lái)越重要，而尋找一種新型、高效、環(huán)保的能源存儲(chǔ)設(shè)備成為了研究的重要方向。
近年來(lái)，水系鋅碘電池因具有顯著優(yōu)勢(shì)，引起科研人員的廣泛關(guān)注。鋅碘電池中使用的水系電解液能大大提高電池的安全性，避免電池在使用過(guò)程中發(fā)生電解液毒害、爆炸等問題。同時(shí)，鋅碘電池的比容量高，鋅和碘元素在地殼中的自然儲(chǔ)量極其豐富且獲取途徑相對(duì)簡(jiǎn)單，大大降低了鋅碘電池的使用成本，便于實(shí)際應(yīng)用。
盡管越來(lái)越多關(guān)于鋅碘電池中碘載體材料的研究被報(bào)道，例如碳基材料、無(wú)機(jī)材料、聚合物、有機(jī)物等，但截至目前，仍沒有文章對(duì)碘載體材料的研究進(jìn)展作系統(tǒng)且全面的總結(jié)。為此，該文從設(shè)計(jì)理念、構(gòu)筑方法、工作機(jī)理和電化學(xué)性能等方面，綜述了近年鋅碘電池中碘載體材料的研究進(jìn)展，探究該材料的組成、結(jié)構(gòu)及形貌對(duì)鋅碘電池電化學(xué)性能的影響，揭示其內(nèi)在構(gòu)效關(guān)系，明確了其物理限域和化學(xué)吸附、催化作用對(duì)電化學(xué)性能的協(xié)同增效機(jī)制。最后，對(duì)當(dāng)前仍然存在的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，并提出碘載體材料未來(lái)可能的研究方向。
該文認(rèn)為，鋅碘電池工作時(shí)的中間產(chǎn)物導(dǎo)電性極低、易溶解于電解液、多碘離子轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢等，是限制其實(shí)際應(yīng)用的主要問題。
為此，將碘活性組分限制在載體材料中，能很大程度解決上述問題。一方面，高導(dǎo)電性的載體材料能夠促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的電子快速傳輸。其內(nèi)部完整有序的孔隙結(jié)構(gòu)能夠承載碘活性物質(zhì)，并能夠利用孔隙結(jié)構(gòu)的物理限域作用，限制中間產(chǎn)物多碘離子的溶解及擴(kuò)散，從而提高碘單質(zhì)的有效利用率、抑制多碘離子的穿梭效應(yīng)。目前，包括石墨烯、多孔碳在內(nèi)的碳基材料是使用最廣泛的碘載體材料。
另一方面，以不同方式構(gòu)筑碳基材料的微納結(jié)構(gòu)，結(jié)合物理限域和化學(xué)吸附，也能達(dá)到抑制多碘離子溶解和穿梭的效果，從而提升鋅碘電池的電化學(xué)性能。
此外，添加金屬單原子、金屬氮化物、金屬?gòu)?fù)合物等電催化劑，也可以加快中間產(chǎn)物多碘離子的氧化還原反應(yīng)速率。各類有機(jī)物和導(dǎo)電聚合物，比如普魯士藍(lán)類似物、淀粉等，也被用于碘載體材料。
但目前為止，單一的碘載體材料仍然面臨著抑制效果不足、合成步驟繁瑣、成本偏高等諸多問題。要將鋅碘電池進(jìn)一步推向?qū)嶋H應(yīng)用，亟待摸清其內(nèi)在反應(yīng)機(jī)理，提高正極碘擔(dān)載量，降低電解液使用量，同時(shí)抑制鋅負(fù)極產(chǎn)生的枝晶。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷突破，鋅碘電池將在儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出更加廣闊的應(yīng)用前景。
總之，水系鋅碘電池憑借其顯著的優(yōu)勢(shì)，吸引了眾多科研人員的目光。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，鋅碘電池有望在未來(lái)成為一種重要的能源解決方案，為人類社會(huì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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