由于水系可充电电池成本低廉、制造简便以及操作安全性高的特性，已经逐步成为电网规模电化学储能中极具潜力的系统。锌电池凭借锌负极具备高理论容量和丰富资源等内在优势，成为颇具前景的候选对象。尽管为提升锌电池的电化学性能已经付诸了大量努力，然而其实际应用依然受困于缺少电化学性能优越且成本低廉的兼容型正极材料。

溴正极凭借溴（Br2）的氧化还原反应，其理论输出电压高达 1.087 V（相对标准氢电位，SHE），理论容量高达 335.5 mAh g−1，于高能量系统展现出极大的潜力。然而，溴本身电子导电性欠佳，液态Br2以及高溶解性的三溴化物（Br3−）中间产物致使活性溴未得到充分利用，并产生有害的穿梭效应，造成反应动力学欠缺、实际容量低下、自放电现象严重以及寿命短暂。诸如甲基乙基吡咯烷溴（MEPBr）、甲基乙基吗啉溴（MEMBr）和四丙基溴化铵（TPABr）之类的非活性络合剂，已被广泛应用于将液态 Br2和高溶解性的Br3−固定形成MEPBr3、MEMBr3或TPABr3的形态，以限制自放电并增强循环稳定性。然而，溴化物/溴（Br−/Br0）的氧化还原反应转变为Br−/Br3−的氧化还原反应，其中仅有2/3的溴离子贡献容量，1/3的溴离子作为络合剂形成Br3−，降低了Br2的利用率，进而致使能量密度偏低。此外，绝缘活性物质（Br2）和络合剂所引发的不良反应动力学可能进一步促使中间产物Br3−的生成，增强穿梭效应。故而，解决低利用率、慢动力学和差可逆性等深层次难题的途径是固定Br0并催化Br转化动力学，以避免在充放电过程中生成可溶性的Br3−物种。有效设计一种导电的双功能催化剂主体对于开发高性能的锌-溴（Zn||Br2）电池以应对上述挑战极具潜力。

基于上述分析，本研究报告了对电催化溴转化动力学的系统研究。通过直接描绘多个溴转化反应中的活化能（Ea），揭示了由于Br−氧化为Br0的活化能高得多，所以这一过程更困难，而Br0转化为Br3−的活化能较低，所以相对容易，这导致了溴的利用率低和穿梭效应。因此，研究人员使用介孔碳框架（FeSAC-CMK）中与氮配位的单分散铁原子（Fe-N5）位点作为导电催化溴主体，用于电催化调整溴转化动力学，以加速溴转化过程并抑制Br3−穿梭效应。基于这种双功能催化剂开发的锌-溴（Zn||Br2）电池具有改进的放电容量、平台电压、倍率性能和循环寿命，这表明电催化方法是解决锌-溴（Zn||Br2）电池面临的基本挑战的有前途的策略。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202409810

（吴启龙）