支春义/何宏艳Angew: 双电子氧化还原化学实现高性能碘离子转换电池

单电子转移模式加上有机碘电池的穿梭行为导致容量不足、氧化还原电位低和循环耐久性差。赋予其更高的输出电压将非常有希望实现高能量密度，这可能需要新的氧化还原反应来做出贡献。

在此，针对具有低电压和容量输出的传统有机碘电池，香港城市大学支春义教授及中科院过程工程研究所何宏艳研究员等人展示了一种有效的卤素间活化策略，以在碘离子转换电池中实现所需的可逆多价跃迁。卤化物（甲基碘化铵, MAI）被选为活性碘供应物以替代I₂，实现对I物质的化学吸附而不是物理吸附。

通过调节商业电解液中的 Cl^–（0.1M），可逆的I⁰/I⁺氧化还原被完全激活和稳定。由新激活的氧化还原产生的所需双电子转移化学带来了大大增强的电化学性能，远远超出了传统的I^–/I₃^–/I⁰对。因此，与锂金属负极配对的MAI正极表现出两个明确的输出平台，分别为2.91 V和3.42 V。

图1. 具有双电子转移的碘离子转换电池

研究表明，新兴的高压区使总容量增加了一倍从而达到408 mAh g^-1，能量密度提高到 1324 Wh kg^-1，是典型单电子氧化还原对的238%，优于目前报道的所有有机金属-I₂对应物（Li-I、K-I、Na-I、Mg-I）和大多数嵌入型锂氧化物系统。此外，新的氧化还原还表现出优异的动力学和循环稳定性。

实验分析和DFT模拟揭示了Cl^–添加剂的详细作用机理，其有效地促进了I⁺的生成并通过I-Cl物种的形成进一步稳定了I⁺。这种强大的氧化还原化学物质对温度不敏感，可在-30 °C下高效运行。这项研究所开发的独特卤素间化合物策略有望启发其他卤素转换系统的研究。

图2. I⁰/I⁺双电子转移化学的 DFT 计算

Two-Electron Redox Chemistry Enabled High-Performance Iodide Ion Conversion Battery, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202113576

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支春义/何宏艳Angew: 双电子氧化还原化学实现高性能碘离子转换电池

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