可充电碘电池具有完全的电子转移和丰富的价态，在便携式储能方面具有广阔的应用前景。然而，与标准氢电极（SHE）相比，在0.54 V的电位下，该反应仅限于I^-/I⁰的单一氧化还原反应，导致锌作为负极时，具有1.30 V的低电压。

近日，香港城市大学支春义教授报道了在富F^-或富Cl^-的电解液中，采用I端卤化的Ti₃C₂I₂ Mxene正极和锌箔负极，在水系锌离子电池中实现了碘（I^-/I⁰/I⁺）的多价氧化还原化学。

文章要点

1）研究发现，基于优化的2 M ZnCl₂ + 1 M KCl电解质的Ti₃C₂I₂//Zn电池具有两步反应：除了在1.30 V时进行常规I^-1/I⁰转换外，在1.65 V时还发生了I⁰/I ⁺氧化还原，从而大大改善了电化学性能。不出所料，高阶电压将电池容量和能量密度分别提高到205%和330%。

2）由于Ti₃C₂I₂ Mxene中间层的高效电子传导和约束作用，反应动力学得到显著提高，穿梭效应得到有效抑制。因此，电池具有超过2800的良好循环寿命，容量保持率达80％。同时具有优异的倍率性能（0.5 A g^-1，207 mAh g^-1_Ti3C2I2和5 A g^-1的126 mAh g^-1_Ti3C2I2）。

3）原位拉曼光谱分析表明，电解质中游离Cl^-离子与I⁺离子在高电压下的强相互作用是激活和稳定I⁰/I ⁺对可逆氧化还原的决定性因素。

该研究工作为设计基于新的I^-/I⁰/I⁺化学的先进的I2-金属电池提供了新的见解，以实现高电压和高容量。

参考文献：

Xinliang Li, et al, Activate I⁰/I⁺ redox in an aqueous I₂-Zn battery to achieve high voltage plateau, Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE03086D

https://doi.org/10.1039/D0EE03086D