水系鈉離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能方面具有廣闊應(yīng)用前景，但能量密度和壽命受到水分解的限制。目前提高水穩(wěn)定性的方法包括使用昂貴的含氟鹽來形成固體電解質(zhì)界面，以及向電解質(zhì)中添加潛在易燃的共溶劑以降低水活度。然而，這些方法顯著增加了成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。
在此，阿德萊德大學(xué)喬世璋團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種無氫堿性ASIB，它基于錳基 PBA 正極（Na2MnFe(CN)6，NMF）、NaTi2(PO4)3 (NTP) 負(fù)極和一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的堿性電解質(zhì)–無氟高氯酸鈉 (NaClO4)，其成本大大低于高濃度電解質(zhì)中常用的三酸鈉和雙(三氟甲基磺?；?亞胺鈉。
結(jié)果顯示，該工作提出的一種具有錳基普魯士藍(lán)模擬正極的堿性水系鈉離子電池，其在10 C下能穩(wěn)定循環(huán)13000次，在0.5 C下的能量密度為88.9 Wh kg-1。機(jī)理表明，這是通過構(gòu)建鎳/碳層在正極表面附近誘發(fā)富含H3O+的局部環(huán)境，從而抑制氧氣析出。同時(shí)，鎳原子原位嵌入正極可提高電池的耐用性。
圖1. NMF//NTP軟包電池的電化學(xué)性能以及與選定報(bào)告的比較
總之，該工作設(shè)計(jì)了一種不同的新型水系電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)在負(fù)極上采用無氟堿性電解液抑制H2析出，在正極上采用Ni/C涂層防止O2析出和電極溶解。此外，該系統(tǒng)通過Ni/C涂層誘導(dǎo)的富含H3O+的局部環(huán)境和原位電極Ni修飾，在堿性電解液中實(shí)現(xiàn)了13000次循環(huán)的穩(wěn)定性和88.9 Wh kg-1的高能量密度。用>30 mg cm-2的高電極負(fù)載組裝的軟包電池在200次循環(huán)后仍能保持約100%的容量，盡管被切割和浸入水中，仍具有出色的安全性。
因此，該種水系堿性電池設(shè)計(jì)可擴(kuò)展到Co/C材料中，并通過與其他氧化還原電位較低的負(fù)極耦合而展現(xiàn)出高能量密度的實(shí)際前景。
圖2. 反應(yīng)機(jī)理和原位Ni取代的確定
Alkaline-based aqueous sodium-ion batteries for large-scale energy storage, Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-024-44855-6
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