大連化物所開發出多電子轉移高能量密度水系電池
近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員李先鋒團隊與研究員傅強團隊合作，在鹵素水系電池研究方面取得新進展，開發了一種基於溴和碘元素的多電子轉移正極，為高能量密度水系電池的設計提供了新思路。相關成果於近日發表在《自然-能源》（Nature Energy）上。
溴-碘鹵素化合物建構的多電子轉移正極。大連化物所供圖
能量密度和安全性是衡量二次電池的重要標準。傳統的非水系鋰離子電池儘管具有高的能量密度，但其採用的有機電解液易燃，安全性問題難以保障。水系電池採用水作為溶劑，具有安全性。然而，水系電池的能量密度一般較低，單位體積內的電池儲存的電量較少。
在本工作中，李先鋒團隊使用碘離子和溴離子混合鹵素溶液作為電解液，並建構了碘離子（I-）到碘單質（I2）進而到碘酸根（IO3-）的多電子轉移反應。其開發的多電子轉移正極比容量達840安時/公升，該正極與金屬鎘組成全電池，基於正極側的能量密度超過1200 瓦時/公升。優化後的電解液，溴化物充當了氧化還原的“橋樑”，大幅提高了電池的效率和反應速率。
該研究可望拓寬高能量密度水系電池的研究途徑，為高能量密度水系電池的設計提供新思路。此外，該研究也拓展了水系電池的應用範圍，並可望應用在動力電池等領域，為環境保護和能源結構升級提供技術保障。