上海交通大學賴飛立副教授&江南大學劉天西教授團隊提出了一種新穎的方法，利用油酸酰胺（oleyamine）的自發“油在水上擴散”特性，快速製備ZIBs的正極。所製備的正極省去了傳統正極製備過程中的各種費時步驟，如漿料製備、塗布和幹燥，從而將正極的生產周期縮短至不到1 min。此外，該正極允許穩定的連續碘吸附，因為油酸酰胺中的胺基可以與碘物種相互作用，抑製“穿梭效應”，實現碘的電離，促進碘在正極的氧化還原反應。因此，采用LB膜的電池設計實現了出色的循環性能，在0.5 mA cm−1的電流密度下，經過2000次循環後容量保持率為75.3%。這些發現證明了使用兩性分子快速構建ZIBs正極的可行性。

其相關成果以題為“Langmuir-Blodgett Film Formed by Amphiphilic Molecules for Facile and Rapid Construction of Zinc-Iodine Cell”在國際知名期刊《Nano Letters》上發表。

【實驗步驟】

OA/C薄膜的製備：將OA和Super P按照不同質量比（60:1、40:1和20:1）放入密封玻璃瓶中，然後攪拌至均勻。隨後，將上述混合物滴加到20℃的去離子水表麵，即可得到不同質量比例的OA/C薄膜。

電化學測試：將製得的OA/C薄膜用碳紙（直徑為12 mm）從水麵撈出，然後作為正極使用。每個碳紙上OA層的質量負載為3.4-4.4 mg。Zn箔作為負極、玻璃纖維膜作為隔膜、1 M ZnSO4溶液（含有0.1 M KI）作為電解液在空氣氣氛下組裝CR2032型紐扣電池。同樣，使用Zn箔作為負極、碳紙作為正極、玻璃纖維膜作為隔膜、1 M ZnSO4溶液（含有0.1 M TEAI）作為電解液組裝TEAI基ZIBs電池。此外，電流單位為mA cm−2，可以根據1 mA cm−2對應約7 C（使用含有0.1 M KI/TEAI的電解液時）的關係轉換為C（1 C=211 mA g−1）。特別是，當電解液含有0.1 M KI/TEAI時，電極中的碘負載約為0.76 mg（60μL）。使用LAND-CT2001A恒流充放電測試儀對電池進行恒流充放電特性測試（電壓範圍為0.6-1.6 V（vs.Zn2+/Zn））。根據電解液中碘的含量計算電池比容量。在CHI660E電化學站上進行了循環伏安（CV）曲線測定。

軟包電池的製備：用Ti箔從水麵撈出OA/C薄膜，作為正極。以鋅箔作為負極，濾紙作為隔膜，1 M ZnSO4溶液（含0.1 M KI，200μL）作為電解液。之後，將該電池（1 cm×7 cm）用兩片玻璃蓋住，並用透明真空袋封裝。

圖1.受磷脂雙分子層啟發的ZIBs兩性LB膜製備示意圖

圖1展示了製備LB膜的過程示意圖。具有親水“頭”和疏水“尾“的分子在水表麵上平滑擴散，形成Langmuir膜。這些分子中的一種是磷脂，可以自組裝成雙層結構（稱為磷脂雙層），在細胞膜中起著關鍵作用。LB膜通過將Langmuir膜從空氣/水界麵轉移到固體基底上得到。研究人員利用油胺（OA）在水表麵上的自擴散行為形成近似固體的Langmuir膜，以高效製備ZIBs正極。混合物滴入去離子水中後，在1 min內迅速形成均勻的Langmuir膜，並使用碳紙收集形成的LB膜。

【結論】

綜上所述，研究人員成功地開發了一種新型的ZIBs正極，其基於OA/C在水麵上的自發擴散形成的兩性LB膜。這種方法大大簡化了正極的製備過程，製備時間不到1 min。重要的是，開發的正極由於以下幾個因素可以形成穩定的可逆碘吸收層：1.OA中的-NH2基團可以有效地吸附碘物種。2.OA的不溶性性質可以防止吸附在OA層中的碘物種在水中溶解，避免碘物種的損失。3.[OA*I+]I3-產生的電荷轉移複合物與OA層的準固體性質相結合，促進了碘物種在正極內的高流動性和均勻分布，從而實現快速的碘還原。因此，製備的ZIBs在2000次循環後表現出顯著的循環穩定性，容量保持率為75.3%。這項工作為低成本、簡便地製備高性能碘正極開辟了一條新的途徑。