『碘基文献速览』南昌航空大学研究团队&湖南大学梁宵教授‌Electrochimica Acta:生物质碳的绿色钾盐活化解锁高性能锌-碘电池

第一作者：陈晨栩 

通讯作者：Cailing Liu、Hongbo Huang、梁宵

通讯单位：南昌航空大学、湖南大学

DOI：10.1016/j.ensm.2026.105023

【核心内容】

     水系可充电锌碘（Zn–I₂）电池因其资源丰富、本征安全及成本低廉等优势，在大规模电网级储能应用中展现出重要前景。然而，其实际发展仍受限于多碘化物（I₃⁻/I₅⁻等）的严重穿梭效应、正极活性物质导电性差以及碘在充放电过程中的不可逆损失等问题。针对上述挑战，南昌航空大学Cailing Liu、Hongbo Huang团队&湖南大学梁宵教授以可再生花生壳生物质为碳前驱体，采用环境友好的弱碱性钾盐（KHCO₃、K₂CO₃、K₂C₂O₄·H₂O及CH₃COOK）活化策略，成功制备了一系列分级多孔碳材料。其中，KHCO₃活化所得样品（PPC–CH）展现出高度有序的致密堆叠层状结构、高比表面积（1842 m² g⁻¹）与丰富的微孔分布（微孔率72.3%，平均孔径0.61 nm），并兼具适度石墨化程度（I_D/I_G = 2.85），从而在保证优异电子传导能力的同时，提供充足的限域空间用于碘负载与转化。尤为关键的是，PPC–CH表面富含羰基、羟基等含氧官能团，结合其优化的微孔-介孔协同网络（微孔主导吸附固定，介孔保障离子快速传输），可高效锚定多碘化物中间体，显著抑制其溶解迁移与穿梭行为，并加速I₂/I⁻氧化还原反应动力学。电化学性能评估表明，基于PPC–CH/I₂正极组装的Zn–I₂电池展现出卓越的循环稳定性与倍率适应性：在2 A g⁻¹高电流密度下持续运行9000次后，仍保持99.9 mAh g⁻¹的放电比容量，对应容量保持率达88.2%；进一步构建的软包型原型器件（正极碘负载量3.2 mg cm⁻²，电解液用量15 μL cm⁻²）在0.5 A g⁻¹下循环600次后，放电比容量稳定维持在123.7 mAh g⁻¹，库仑效率始终高于99.3%。该工作不仅系统验证了弱碱盐活化生物质碳作为高性能碘宿主材料的可行性与工程适用性，更从“前驱体选择—活化机制—孔道/表面协同设计—电化学响应”全链条角度，为面向长寿命、高能量密度水系锌基电池的可持续电极材料开发提供了可复制的设计范式与实践路径。

     其相关成果以题为“Green potassium salt activation of biomass carbon unlocks high-performance zinc-iodine batteries”在国际知名期刊《Electrochimica Acta》上发表。

【图文简介】

图1. PPC/I₂的制备工艺示意图

图2. PPC材料形貌分析

图3. 相关材料结构分析

图4. Zn-I₂电池的电化学性能测试

图5. Zn-I₂电池动力学分析

图6. PPC材料对多碘离子的抑制作用

【结论】

     综上所述，本研究以可再生花生壳为碳前驱体，系统考察了四种弱碱性钾盐（KHCO₃、K₂CO₃、K₂C₂O₄·H₂O及CH₃COOK）作为活化剂所制备多孔碳材料的理化特性，并全面评估其在锌碘（Zn–I₂）电池正极中的电化学性能。结果表明，KHCO₃活化所得PPC–CH材料兼具高度有序的致密堆叠层状形貌、高微孔率（72.3%）与适中石墨化程度（I_D/I_G = 2.85），不仅为碘单质及多碘化物提供了充足的限域吸附位点，更通过优化电子传导通路与离子扩散通道，显著促进I₂/I⁻氧化还原反应的动力学进程。基于PPC–CH/I₂正极构建的Zn–I₂电池展现出卓越的循环稳定性与工程级长寿命特征：在2 A g⁻¹高倍率下持续运行9000次后，放电比容量仍稳定维持在99.9 mAh g⁻¹，容量保持率达88.2%；进一步集成的软包电池（正极碘负载量3.2 mg cm⁻²，电解液用量15 μL cm⁻²）在0.5 A g⁻¹下完成600次循环后，放电比容量保持123.7 mAh g⁻¹，平均库仑效率高于99.3%。该工作证实，弱碱性钾盐活化生物质碳是一种兼具科学合理性与工艺可行性的先进策略，为发展高能量密度、长日历寿命及可规模化制造的实用化Zn–I₂电池提供了切实可靠的材料体系与技术支撑。

【文献信息】

C. Chen, C. Liu, H. Huang, S. Luo, M. Xie, D. Ma, F. Zeng, X. Liang, Green potassium salt activation of biomass carbon unlocks high-performance zinc-iodine batteries.

Electrochimica Acta 2026, 559: 148584

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2026.148584

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