可再生能源并网需要安全、低成本且适合大规模部署的储能技术。锂离子电池受资源和安全约束限制，铅酸电池存在环境毒性问题，钠离子电池和氢燃料电池仍面临产业化短板，因此水系电池体系受到持续关注。
水系Zn–I₂电池兼具锌负极高理论容量、低电位、资源丰富和碘正极多电子反应潜力，可在安全性、成本和能量密度之间取得较好平衡。尤其在四电子反应路径下，理论比容量可由211 mAh g⁻¹提升至422 mAh g⁻¹，具备面向大型储能的吸引力。
不过，该体系仍被多碘化物穿梭、碘物种绝缘导致的缓慢氧化还原、锌枝晶、腐蚀和析氢等问题制约。要推动实际应用，需要从材料结构、界面化学、电解液溶剂化和隔膜选择性传输等层面进行全电池协同优化。
近日，郑州大学金阳在Advanced Functional Materials发表了题为"Aqueous Zinc–Iodine Batteries for Large-Scale Energy Storage: Challenges, Strategies and Perspectives"的综述论文，Hongfei Lu、Yaoting Zhu为论文第一作者，金阳为论文通讯作者。
核心亮点
1. 系统总结水系Zn–I₂电池从早期原型、流动电池到软包和大容量单体的发展脉络。
2. 梳理I⁻/I₂两电子反应与I⁻/I₂/I⁺四电子反应机制，指出容量和电压提升的根本来源。
3. 聚焦多碘化物穿梭、碘转化动力学迟缓、锌枝晶、腐蚀和析氢等核心失效问题。
4. 从碘正极宿主、催化位点、锌负极界面、电解液添加剂和隔膜改性等角度总结优化策略。
5. 面向规模储能提出高载量、宽温域、低成本、可制造和全电池协同设计的发展方向。
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水系锌碘（Zn–I₂）电池凭借211 mAh g⁻¹的高理论容量、本征安全性和丰富原料储备，被认为是一类极具潜力的新型储能体系。然而，其实际应用受到多碘化物穿梭效应、碘氧化还原动力学迟缓、锌枝晶生长以及寄生副反应等关键挑战严重阻碍。
进一步地，该工作从正极材料结构设计与催化改性、锌负极界面调控与无负极结构创新、电解液添加剂引入与多电子反应调控、隔膜功能化改性四个核心角度，讨论近年来报道的性能优化策略及其反应机制。
最后，该综述提出该体系未来发展方向，旨在为高能量密度、长循环寿命水系Zn–I₂电池设计提供理论指导，并加速其规模化商业应用。
📊 图文解读
图1 | 水系Zn–I₂电池性能提升的总体策略与技术路线
该图概括Zn–I₂电池面向规模储能的关键改性方向。研究梳理指出，正极侧需要抑制碘挥发和多碘化物穿梭、加快碘转化动力学；负极侧需要缓解锌枝晶、腐蚀和析氢。整体性能提升依赖正极宿主、电解液、锌界面和隔膜的协同设计。
图2 | Zn–I₂软包、方形和流动电池等大容量构型的发展形态
该图展示软包、方形和流动Zn–I₂电池的代表结构。软包电池具有轻量化和柔性封装优势，方形结构适合稳定的大容量单体，流动电池便于容量扩展但系统复杂。研究强调，不同构型共同推动Zn–I₂电池从实验室走向大规模储能场景。
图3 | Zn–I₂电池构型、储能机理及正负极关键失效问题
该图总结Zn–I₂电池由正极、锌负极、电解液和隔膜构成，并突出I⁻/I₂氧化还原与锌沉积剥离过程。传统两电子体系会生成I₃⁻等可溶多碘化物，引发穿梭和锌腐蚀；锌负极则面临枝晶、析氢和副产物堆积等安全与寿命问题。
图4 | 两电子与四电子碘反应机制及锌枝晶生长问题
该图用光谱、电化学曲线和机制示意说明四电子反应的优势与挑战。引入Cl⁻等配位物可稳定I⁺并激活I⁻/I₂/I⁺路径，使理论容量和输出电压提升；同时，锌负极表面不均匀电场会诱导枝晶尖端快速生长，带来短路和活性锌损失风险。
图5 | 碘正极宿主材料的孔结构、框架吸附与催化调控策略
该图聚焦多孔碳、COF和MOF等碘宿主。高比表面积和有序孔道可提升碘负载并限制多碘化物扩散，金属位点或Fe–N₄结构还能通过电荷转移和轨道杂化降低反应能垒，从而同时改善碘吸附、催化转化和循环稳定性。
图6 | 杂原子掺杂和单原子催化剂促进碘可逆转化
该图展示多孔碳孔结构、Fe/N掺杂、Ni单原子和Zn单原子位点对Zn–I₂电池性能的影响。层级孔道限制多碘化物迁移，原子级金属位点增强碘物种吸附并降低I⁻向I₃⁻等步骤的能垒，使电池在高倍率和超长循环中保持高容量。
图7 | 双原子和分子催化剂提升多碘化物转化动力学
该图说明双金属位点和分子催化剂可突破单原子催化的单中心限制。Ni/Fe、Zn双原子和MnZn位点通过协同吸附、电子结构调节和自旋交换降低反应能垒，减小Tafel斜率并提升高电流密度下的循环寿命，Hemin等分子催化剂则提供可调活性位。
图8 | 锌负极界面调控、电解液设计和软包应用示范
该图展示Ach⁺等添加剂调控锌负极界面、缺陷位吸附能、多碘化物溶解抑制以及软包电池驱动可穿戴设备的结果。相关策略通过构建稳定界面、降低I₃⁻溶解和改善锌沉积形貌，同时提升电化学稳定性与实际器件输出能力。
图9 | 无负极锌电池的优势、挑战与能量密度提升潜力
该图围绕无负极锌电池展示结构优势和容量保持结果。去除过量锌负极可显著提高整电池能量密度，但也放大锌沉积均匀性、库仑效率和界面稳定性问题。因此，稳定集流体、富锌正极和精确锌沉积调控是无负极Zn–I₂体系的关键。
图10 | 电解液添加剂调控锌成核、溶剂化结构和多碘化物吸收
该图比较成核过电位、分子动力学模拟、锌沉积形貌和I₃⁻吸收光谱。TG4、NaDFOB、Pah⁺及多组分溶剂可通过调节Zn²⁺溶剂化、引导晶面生长、构建SEI和固定碘物种，协同抑制析氢、枝晶和穿梭效应。
图11 | 宽温电解液、择优锌沉积和多电子碘反应设计
该图展示HEE50电解液在高温和低温下的循环性能，以及ZPDES调控Zn(002)择优沉积和碘氧化自由能变化。相关结果说明，合理电解液设计既能拓宽温度适应范围，也能稳定高价碘物种并促进四电子甚至更多电子反应。
图12 | 功能化隔膜提升力学强度、抑制I₃⁻扩散和降低自放电
该图展示TOCN-A、UC/GF和polyPTX等隔膜改性方案。增强型纤维素隔膜改善湿态力学性能，功能涂层可调控离子传输并缓解锌枝晶，选择性膜则显著阻挡I₃⁻跨膜扩散、降低自放电，为长寿命Zn–I₂电池提供界面保障。
📝 总结
综述指出，水系Zn–I₂电池兼具安全、低成本和资源丰富等优势，是面向大规模储能的重要候选体系，但其产业化仍受碘正极穿梭、反应动力学迟缓、锌负极枝晶和副反应、电解液稳定性以及隔膜选择性不足等问题限制。
未来发展需要围绕高载量碘正极、催化转化位点、低成本可规模化锌负极保护层、稳定SEI、电解液溶剂化调控、多电子反应激活和功能化隔膜展开协同设计。同时，宽温域运行、柔性或凝胶电解质、轻量耐温隔膜和实际场景适配也应成为重点方向。
通过全电池层面的材料、界面和结构协同优化，该体系有望实现高能量密度、长循环寿命和可制造化应用，加快从实验室研究走向规模化储能。
Aqueous Zinc–Iodine Batteries for Large-Scale Energy Storage: Challenges, Strategies and Perspectives,Advanced Functional Materials,2026,DOI:10.1002/adfm.76322
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