【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】基于水系電解液的儲能電池具有安全性高、成本低和倍率性能優(yōu)等特點，近幾年發(fā)展迅速。然而，水系電解液的電化學(xué)窗口較窄(1.23 V)，導(dǎo)致該類型電池的工作電壓一般比較低；且水系電池對電極材料的選擇較為嚴苛，穩(wěn)定性和比容量均需大幅提升。低工作電壓、低能量密度等瓶頸使得水系電池的規(guī)模應(yīng)用面臨巨大挑戰(zhàn)。
電解液是一個意義廣泛的名詞，用于不同行業(yè)其代表的內(nèi)容相差較大。有生物體內(nèi)的電解液(也稱電解質(zhì))，也有應(yīng)用于電池行業(yè)的電解液，以及電解電容器、超級電容器等行業(yè)的電解液。
不同的行業(yè)應(yīng)用的電解液，其成分相差巨大，甚至完全不相同。
例如，人體的電解質(zhì)主要由水分和氯化鈉、PH緩沖物質(zhì)等組成，鋁電解液電容器的電解液含GBL等主要溶劑，超級電容器電解液含碳酸丙烯酯或乙腈主要溶劑，鋰錳一次電池電解液含碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚等主要溶劑，鋰離子電池電解液則含碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯以及碳酸二乙酯等主要溶劑. 它們各自的導(dǎo)電鹽也完全不同，如人體中為氯化鈉，超電容電解液中四氟硼酸四乙基銨，鋰錳一次電池中常用高氯酸鋰或三氟甲磺酸鋰，而鋰離子電池中則是六氟磷酸鋰。
近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員劉宇和副研究員遲曉偉帶領(lǐng)的科研團隊，提出酸堿隔離電解液和雙溶解/沉積型電極反應(yīng)思路，構(gòu)造出一類具有高能量密度(1503 Wh kg-1，基于正極活性材料) 的新型水系電池。該體系采用雙極膜將酸-堿電解液隔離，利用電極電位對電解液PH值的依賴性，將全電池電解液的電化學(xué)穩(wěn)定窗口拓寬至3 V，同時，電池的正負極采用了溶解/沉積反應(yīng)(負極：Zn/Zn(OH)42+;正極：Mn2+/MnO2)，因而賦予了正負極高達616 mAh g-1和820 mAh g-1的理論比容量。
測試表明，該電池具有較高的庫倫效率(98.4%)、優(yōu)異的循環(huán)性能(1500圈后容量保持率為97.5%)和倍率特性。
庫倫效率(coulombic efficiency)，也叫放電效率，是指電池放電容量與同循環(huán)過程中充電容量之比，即放電容量與充電容量之百分比。對于正極材料來說，是嵌鋰容量/脫鋰容量，即放電容量/充電容量；對于負極材料來說，是脫鋰容量/嵌鋰容量，即充電容量/放電容量。
基于該反應(yīng)體系構(gòu)建的液流電池表現(xiàn)出極小的衰減，循環(huán)6000次后容量保持率為99.5%。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials), 2020, DOI: 10.1002/aenm.201903589，并得到期刊封面介紹。該研究也為發(fā)展高電壓、高比能量的水系電池提供了新思路。
資料來源：上海硅酸鹽研究所、百科
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