国内在新型高比能水系电池研究中取得进展

　　基于水系电解液的储能电池具有安全性高、成本低和倍率性能优等特点，近几年发展迅速。然而，水系电解液的电化学窗口较窄(1.23 V)，导致该类型电池的工作电压一般比较低；且水系电池对电极材料的选择较为严苛，稳定性和比容量均需大幅提升。低工作电压、低能量密度等瓶颈使得水系电池的规模应用面临巨大挑战。

　　电解液是一个意义广泛的名词，用于不同行业其代表的内容相差较大。有生物体内的电解液(也称电解质)，也有应用于电池行业的电解液，以及电解电容器、超级电容器等行业的电解液。

　　不同的行业应用的电解液，其成分相差巨大，甚至完全不相同。

　　例如，人体的电解质主要由水分和氯化钠、PH缓冲物质等组成，铝电解液电容器的电解液含GBL等主要溶剂，超级电容器电解液含碳酸丙烯酯或乙腈主要溶剂，锂锰一次电池电解液含碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚等主要溶剂，锂离子电池电解液则含碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯以及碳酸二乙酯等主要溶剂. 它们各自的导电盐也完全不同，如人体中为氯化钠，超电容电解液中四氟硼酸四乙基铵，锂锰一次电池中常用高氯酸锂或三氟甲磺酸锂，而锂离子电池中则是六氟磷酸锂。

　　近期，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘宇和副研究员迟晓伟带领的科研团队，提出酸碱隔离电解液和双溶解/沉积型电极反应思路，构造出一类具有高能量密度(1503 Wh kg-1，基于正极活性材料) 的新型水系电池。该体系采用双极膜将酸-碱电解液隔离，利用电极电位对电解液PH值的依赖性，将全电池电解液的电化学稳定窗口拓宽至3 V，同时，电池的正负极采用了溶解/沉积反应(负极：Zn/Zn(OH)42+;正极：Mn2+/MnO2)，因而赋予了正负极高达616 mAh g-1和820 mAh g-1的理论比容量。

　　测试表明，该电池具有较高的库伦效率(98.4%)、优异的循环性能(1500圈后容量保持率为97.5%)和倍率特性。

　　库伦效率(coulombic efficiency)，也叫放电效率，是指电池放电容量与同循环过程中充电容量之比，即放电容量与充电容量之百分比。对于正极材料来说，是嵌锂容量/脱锂容量，即放电容量/充电容量；对于负极材料来说，是脱锂容量/嵌锂容量，即充电容量/放电容量。

　　基于该反应体系构建的液流电池表现出极小的衰减，循环6000次后容量保持率为99.5%。相关研究成果发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials), 2020, DOI: 10.1002/aenm.201903589，并得到期刊封面介绍。该研究也为发展高电压、高比能量的水系电池提供了新思路。