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盡管大量研究人員致力于Br基電池的探索，但高度可溶的Br₂/Br₃^–物質會引起嚴重的“穿梭效應”進而導致嚴重的自放電和低庫侖效率。傳統上，季銨鹽如甲基乙基嗎啉溴化物(MEMBr)和四丙基溴化銨(TPABr)可用于固定Br₂和Br₃^–，但它們占據了電池的質量和體積而沒有容量貢獻。

在此，香港城市大學支春義教授團隊報告了一種全活性固體鹵間化合物IBr作為正極來應對上述挑戰。其中氧化的Br0被碘(I)固定，在整個充電過程和放電過程中徹底消除交叉擴散的Br₂/Br₃^–物質。

本文制備得到的Zn||IBr電池可提供385.8 Wh×kg^-1的極高能量密度，明顯高于I₂、MEMBr₃和 TPABr₃正極。這一工作為實現高能電化學儲能裝置的活性固體鹵素間化學提供了新的途徑。

圖1. IBr正極的作用機制

具體而言，本研究利用活性碘(I)將Br固定在IBr的固體間鹵素上，其中鹵素間配位化學固定了Br0且在整個充放電過程中沒有產生交叉擴散的Br₂/Br₃^–。結果顯示，IBr正極具有1.65 V的高輸出電壓和267.3 mAh g^-1的高比容且其能量密度高達385.8 Wh kg^-1，顯著高于I₂正極、MEMBr₃正極和TPABr₃正極。同時，Zn||IBr電池可運行6000次以上，由于IBr穩定的鹵素間固定和對大孔碳的穩定粘附，其初始容量保留了82.7%。

此外，團隊還開發了一種具有高IBr負載(~13.0 mg cm^-2)的~750 mAh Zn||IBr軟包電池具有出色的循環穩定性，在超過98.0% CE的250次循環后仍能保持85.9%的初始容量。本工作基于低成本和有形的活性I和Br非金屬鹵素成功實現了高能量密度氧化還原增強水系電池的鹵素間配位。

圖2. IBr軟包電池和Ah級高容量軟包電池(4層6×8 cm²)的電化學性能

Solid Interhalogen Compounds with Effective Br0 Fixing for Stable High-energy Zinc Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202301467

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支春義Angew.：具有有效Br0固定的固體鹵間化合物用于穩定的高能鋅電池

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