中国科大《AFM》：一种超稳的高性能水相碘-氢气电池！

电网的脱碳需要用太阳能和风能等可再生能源取代传统的化石燃料。然而，可再生能源的反复无常的性质阻碍了它们的工作动力，从而阻碍了它们的大规模部署。氢气二次电池具有寿命长、往返效率高、反应动力学快、氢气丰富等优点，是实现大规模储能的理想电池。将先进的阴极化学与氢气阳极耦合是一个新兴而令人兴奋的研究领域。

来自中国科大等单位的研究人员报道了一种以碘为正极，氢气为电催化负极的新型高性能水基碘-氢气(I₂-H₂)电池。电池的工作化学包括阴极上发生的I₂/I⁻固液反应和阳极上的H₂/H₂O气液反应，实现了100C的高倍率性能和6万次以上的长期稳定性。此外，静态水性I₂-H₂电池的体积容量为15.5Ah L⁻¹，对电池过充具有良好的自愈能力。当前的电池设计无论在酸性、中性和碱性电解液系统中都表现出强大的电化学性能。本研究为经济高效、高功率密度、长寿命的I₂-H₂电池的大规模储能应用的产业化铺平了道路。相关成果发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101024

图1|充放电过程的I₂-H₂水基电池的结构和工作原理。

图2| 水性I₂-H₂电池在中性电解液中的电化学性能。

图3| I₂-H₂水基电池在过充电条件下的自愈能力

图4| I₂-H₂水基电池在酸性条件下的电化学性能

总的来说，本文将固液I₂/I⁻正极与气液H₂/H₂O负极相结合，成功地设计了一种自愈合I₂-H₂电池。水基I₂-H₂电池表现出6万次以上的循环稳定性和100C的高倍率，放电容量为15.5Ah L⁻¹，可以通过使用最佳的高溶解度溶液来提高容量。I₂-H₂电池对电池过充表现出良好的自愈性能。同时，在不同的电解液中研究了健壮的I₂-H₂电池化学，发现在所有pH范围的电解液中都有优异的反应动力学、高的操作电压和长期的循环稳定性。我们设计的先进I₂-H₂电池化学研究为网格规模储能应用的商业化铺平了道路。（文：SSC）