水系Zn-碘(I₂)电池对于大规模储能具有吸引力。然而，缺点包括锌枝晶、析氢反应 (HER)、腐蚀和聚碘的正极“穿梭”等。

近日，阿德莱德大学郭再萍教授，Jianfeng Mao将吡啶作为有机pH缓冲剂添加到2MZnSO4电解质中。

文章要点

1）N上独特的孤对电子与H形成氢键，缓冲Zn负极周围的pH变化并抑制副产物的产生。吡啶分子优先吸附在Zn金属表面并诱导Zn(002)面的无枝晶沉积。此外，还含有N原子的咪唑pH缓冲液被用作2MZnSO4电解液中的添加剂。

2）通过在不同电流密度和容量下测试的Zn/Zn对称电池的电化学性能证明了有机pH缓冲剂对Zn负极可逆性和稳定性的影响，在1)吡啶-ZnSO₄电解质中，在1 mA cm^-2下4,000小时，1 mAh cm^-2和3,200h在2 mA cm^-2、2 mAh cm^-2；2)咪唑-ZnSO₄电解质，在1 mA cm^-2、1 mAh cm^-2下为4,000小时，在2 mA cm^-2、2 mAh cm^-2下为800小时。原位紫外-可见和原位拉曼光谱证明了吡啶-ZnSO₄电解质中多碘化物溶解的抑制和I₂/I^-转化的高可逆性。

3）因此，吡啶-ZnSO₄中的Zn-I₂电池在0.2 A g^-1时表现出180 mAh g^-1的高比容量和约100%的库仑效率(CE)，并且在10,000次循环后达到92%的容量保持率电流密度2 A g^-1。在10 A g^-1的高电流密度下，吡啶-ZnSO₄中的Zn-I₂电池达到25,000次循环并保持105 mAh g-1的高比容量。

使用有机缓冲添加剂对电解质pH值进行有针对性的工程设计对于设计高度可逆、无枝晶和无穿梭的Zn-I₂电池具有实际好处。

参考文献

Yanqiu Lyu, et al, Organic pH Buffer for Dendrite-Free and Shuttle-Free Zn-I₂ Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202303011

DOI: 10.1002/anie.202303011

https://doi.org/10.1002/anie.202303011