近年来，受制于安全性和有限的锂金属，水系锌电池（AZB）以其出色的安全性，低成本与高比容量脱颖而出，可以作为锂离子电池的重要补充，尤其在大规模储能领域。

然而，在目前研究中，AZB负极往往都使用了远远过量的锌，正负极容量比（N/P比）达到50以上。过量的锌可以补偿水系电解液中锌负极急剧的损失，从而实现在低N/P比的实际应用条件下无法达到的出色电池性能。这种偏离实用化的设计大大降低了全电池的能量密度。因此，在实用化的AZB开发中，使用与正极容量匹配的锌负极，降低电池的N/P比是关键。

基于此，复旦大学高分子科学系卢红斌教授和赵则栋博士报道了一种具有无负极电池结构的锌碘电池，通过无负极设计有效地将电池的N/P比限制为1，显著提高了全电池能量密度。具体而言，对于正极，通过独特的石墨烯/PVP异质结构作为碘化锌载体材料，抑制碘的穿梭效应。首次实现了高性能的富锌碘化锌正极，可以为全电池提供充足的锌源；对于负极，以铜箔作为负极沉积基底，并通过电解液中的碘添加剂实现铜箔的原位表面重筑，从而实现均匀、高可逆性的锌沉积，大大提高了无负极锌碘全电池的循环寿命。论文以“Iodine Promoted Ultralow Zn Nucleation Overpotential and Zn-Rich Cathode for Anode-Free Zn-Iodine Batteries.”为题于2022年9月发表在《纳微快报》（Nano-micro letters）上。 本论文的第一作者为2020级硕士生张逸翔。论文DOI: 10.1007/s40820-022-00948-9.

文章要点：

1）研究团队通过电解液中的微量（10mM）I3-添加剂，在电池组装的过程中，对商业化的铜箔完成了原位的表面重筑，得到了疏松多孔的铜纳米簇结构。在半电池中，铜纳米簇负极作为锌沉积基底，由于其优异的亲锌性能，展现出均匀的锌沉积行为，并在7000圈的稳定循环中达到了99.9%的平均库伦效率。

2）对于碘系正极，由于其独特的基于转化反应的储能机理，碘化锌正极不会受制于锌离子脱嵌的缓慢动力学，可以为全电池提供充足的锌源。同时，研究团队设计了一种石墨烯/PVP复合材料作为碘化锌的载体材料，其中，石墨烯与PVP具有良好的相互作用，可以实现均匀的分散，保证了正极载体的导电性；PVP与多碘离子之间可以形成稳定的氢键相互作用，从而抑制碘的穿梭效应。由此，G/PVP@ZnI2正极体现出出色的比容量、倍率性能和循环稳定性。

3）基于高沉积可逆性的铜纳米簇负极和可以提供充足锌源的碘化锌正极，研究团队组装了无负极锌碘电池，实现了超过120mAh/g的出色比容量，并且稳定循环200圈之后容量保持率超过60%。更为重要的是，无负极设计杜绝了锌的冗余，相比于使用锌箔负极的锌碘电池，无负极锌碘电池的全电池能量密度提升至3倍。