使用多價(jià)金屬的水系電池由于其低成本、高能量和高安全性而在能源儲(chǔ)存方面具有廣闊的前景。目前，二價(jià)金屬（鋅、鐵、鎳和錳）是主要選擇，與此形成鮮明對(duì)比的三價(jià)金屬盡管能夠引發(fā)獨(dú)特的氧化還原反應(yīng)，卻很少受到關(guān)注。

在此，美國(guó)波多黎各大學(xué)化學(xué)系的吳先勇團(tuán)隊(duì)研究了三價(jià)水系銦金屬電池。作者發(fā)現(xiàn)，三電子 In³⁺/In 氧化還原賦予了~700 mAh g^-1 的高比容量。同時(shí)，銦具有合適的氧化還原電位和無(wú)枝晶電沉積過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了99.3-99.8% 的超高庫(kù)倫效率。

更令人驚訝的是，銦在對(duì)稱(chēng)電池中僅具有 ~1 mV 的超低極化，比任何報(bào)道的金屬低 1-2 個(gè)數(shù)量級(jí)；對(duì)稱(chēng)電池也具有1600小時(shí)的長(zhǎng)循環(huán)性能。當(dāng)與MnO₂正極匹配時(shí)，全電池表現(xiàn)出~1.2 V電壓，~330 mAh g^-1的高比容量，和長(zhǎng)達(dá)680次的循環(huán)壽命。

圖1. 水系電池的工作原理

總之，該工作提出了銦金屬作為水系三價(jià)電池的新型負(fù)極材料，該金屬表現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能，包括高容量(～700 mAh g^-1)、超低極化(～1 mV)、長(zhǎng)循環(huán)壽命(1600 h)和高沉積效率(99.3-99.8%)。這種優(yōu)異的性能與其合適的氧化還原電位以及大顆粒、密集且無(wú)枝晶的沉積形貌有關(guān)。

當(dāng)用MnO₂作為正極組裝In-MnO₂電池時(shí)，該電池提供了～1.2V的電壓，在1000mA g^-1時(shí)的高倍率能力，以及680圈的長(zhǎng)循環(huán)壽命。這些優(yōu)異的結(jié)果為建造高性能水性多價(jià)金屬電池開(kāi)辟了新的道路。

圖2. 電池性能

Trivalent Indium Metal as a High-Capacity, High-Efficiency, Low-Polarization, and Long-Cycling Anode for Aqueous Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c08677