香港城市大学支春义Chemical Society Review：水系电池的电压

youyoucao 5年前 (2019-12-07) 6056浏览

【引言】

过去二十年来，一系列的水系金属离子电池得到了飞速的发展，旨在为消费电子、电动车、大规模电网储能等各种各样的领域提供更安全、更绿色、更低廉的储能选择。然而，与传统的有机锂电池相比，水系金属离子电池显著较低的能量密度直接制约了其实际应用，使其难以与传统的锂电池展开正面竞争。比容量和工作电压这两个因素直接决定了电池的能量密度。一般来说，电极材料的比容量在有机电解质中与在水溶液电解质中并无太大差别，故水系金属离子电池较低的能量密度主要源于其较低的工作电压。电池的电压取决的正负极材料的反应电位差，由于理论上水的电化学稳定窗口仅为1.23 V，大幅限制了电极材料的选择，进而为电池的工作电压设置了一定的天花板。如何有效地设计水系金属离子电池并取得更高的工作电压，是研究人员所面临的一个迫切问题。

【成果简介】

近日，香港城市大学支春义教授课题组总结了水系电解质电化学稳定窗口的基本要点，讨论了其如何被调控以更好地服务于电池的能量密度。并追述了各类水系金属离子电池的研究进展，从中值电压与平台电压两方面着重强调并比较其电压特点。进一步的，文章详细阐述并归纳了提高水系金属离子电池工作电压的策略，包括充分利用正负极电位差、调节电解质pH值、构筑人工界面层、采用高浓度电解质、使用电解质添加剂等。除此之外，文章对水系金属离子电池的发展方向进行了展望，推动更系统、更细致的研究以推动水系金属离子电池的实际应用。该成果以题为”Voltage Issue of Aqueous Metal-Ion Batteries”发表在Chem. Soc. Rev.上。

论文链接：

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

DOI: 10.1039/C9CS00131J

【图文导读】

图一 水系金属离子电池与传统有机锂电的能量比较