【儀表網 儀表研發】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等特點，近幾年發展迅速。然而，水系電解液的電化學窗口較窄(1.23 V)，導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模應用面臨巨大挑戰。
 

　　電解液是一個意義廣泛的名詞，用于不同行業其代表的內容相差較大。有生物體內的電解液(也稱電解質)，也有應用于電池行業的電解液，以及電解電容器、超級電容器等行業的電解液。
 

　　不同的行業應用的電解液，其成分相差巨大，甚至完全不相同。
 

　　例如，人體的電解質主要由水分和氯化鈉、PH緩沖物質等組成，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，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員劉宇和副研究員遲曉偉帶領的科研團隊，提出酸堿隔離電解液和雙溶解/沉積型電極反應思路，構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穩定窗口拓寬至3 V，同時，電池的正負極采用了溶解/沉積反應(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%)、優異的循環性能(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。
 

　　基于該反應體系構建的液流電池表現出極小的衰減，循環6000次后容量保持率為99.5%。相關研究成果發表在《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