研究人员开发基于卤素多电子转移的高能量密度水系电池

发布时间：2024-05-21 16:35:52 栏目：精选百科

导读 传统的非水锂离子电池具有高能量密度，但由于使用易燃有机电解质，其安全性受到影响。水系电池使用水作为电解质的溶剂，显着提高了电池的安...

传统的非水锂离子电池具有高能量密度，但由于使用易燃有机电解质，其安全性受到影响。



水系电池使用水作为电解质的溶剂，显着提高了电池的安全性。然而，由于电解质的溶解度有限和电池电压低，水系电池通常具有较低的能量密度。这意味着水系电池单位体积储存的电量相对较低。

中国科学院大连化学物理研究所李先锋研究员课题组 与大连化学物理研究所付强研究员课题组合作，在 《自然能源》杂志上发表了一项新研究：开发了基于溴和碘的多电子转移阴极，实现了超过840 Ah/L的比容量，并且在全电池测试中基于阴极电解液实现了高达1200 Wh/L的能量密度。

为了提高水系电池的能量密度，研究人员使用碘离子(I -)和溴离子(Br - )的混合卤素溶液作为电解质。他们开发了一种多电子转移反应，将 I -转移 到碘元素 (I 2 )，然后转移到碘酸盐 (IO 3 - )。充电过程中， 正极上的I - 被氧化为IO 3 - ，生成的H + 以支持电解质的形式传导至负极。放电过程中，H + 从正极传导，IO 3 - 被还原为I -。

所开发的多电子转移阴极的比容量为840 Ah/L。研究人员将阴极与金属镉结合形成全电池，基于所开发的阴极电解液实现了高达 1200 Wh/L 的能量密度。

此外，研究人员证实， 电解液中添加的Br -在充电过程中会生成极性溴化碘(IBr)，从而促进与H 2 O反应形成IO 3 -。放电过程中，IO 3 - 可以将Br -氧化 为Br 2 ，并参与电化学反应，实现IO 3 - 的可逆快速放电。因此，充放电过程中形成的溴化物中间体优化了反应过程，有效提高了电化学反应的动力学和可逆性。

付教授课题组通过原位光学显微镜、拉曼光谱等证明了多电子转移过程。

李教授表示：“这项研究为高能量密度水系电池的设计提供了新思路，有望拓展水系电池在动力电池领域的应用。”