香港城市大學支春義Chemical Society Review：水系電池的電壓

youyoucao 4年前 (2019-12-07) 5080瀏覽

【引言】

過去二十年來，一系列的水系金屬離子電池得到了飛速的發展，旨在為消費電子、電動車、大規模電網儲能等各種各樣的領域提供更安全、更綠色、更低廉的儲能選擇。然而，與傳統的有機鋰電池相比，水系金屬離子電池顯著較低的能量密度直接制約了其實際應用，使其難以與傳統的鋰電池展開正面競爭。比容量和工作電壓這兩個因素直接決定了電池的能量密度。一般來說，電極材料的比容量在有機電解質中與在水溶液電解質中并無太大差別，故水系金屬離子電池較低的能量密度主要源于其較低的工作電壓。電池的電壓取決的正負極材料的反應電位差，由于理論上水的電化學穩定窗口僅為1.23 V，大幅限制了電極材料的選擇，進而為電池的工作電壓設置了一定的天花板。如何有效地設計水系金屬離子電池并取得更高的工作電壓，是研究人員所面臨的一個迫切問題。

【成果簡介】

近日，香港城市大學支春義教授課題組總結了水系電解質電化學穩定窗口的基本要點，討論了其如何被調控以更好地服務于電池的能量密度。并追述了各類水系金屬離子電池的研究進展，從中值電壓與平臺電壓兩方面著重強調并比較其電壓特點。進一步的，文章詳細闡述并歸納了提高水系金屬離子電池工作電壓的策略，包括充分利用正負極電位差、調節電解質pH值、構筑人工界面層、采用高濃度電解質、使用電解質添加劑等。除此之外，文章對水系金屬離子電池的發展方向進行了展望，推動更系統、更細致的研究以推動水系金屬離子電池的實際應用。該成果以題為”Voltage Issue of Aqueous Metal-Ion Batteries”發表在Chem. Soc. Rev.上。

論文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00131j#!divAbstract

DOI: 10.1039/C9CS00131J

【圖文導讀】

圖一 水系金屬離子電池與傳統有機鋰電的能量比較

????