可充电非水锰金属电池

中国科学院中国科学技术大学陈薇教授团队首次揭示卤素介导的溶剂化结构在去溶剂化过程中的重要作用的多价离子。研究结果发表在《焦耳》杂志上。

该团队以锰金属电池(MnMBs)为研究平台，充分展示了卤素介导(以Cl为主要研究对象)机制在降低多价金属离子沉积过电位、增强库仑和电势方面的重要作用。溶解/沉积效率。

通过理论计算和实验，研究人员充分验证了设计电解质中Cl充分参与了Mn2+的溶剂化，将[Mn(Osol)6]2+溶剂化结构转变为[Mn(Osol)3Cl3]2+。

与其他原子相比，Cl原子具有较大的半径和较小的电荷密度;因此，溶剂化的Mn-Cl键比Mn-O键弱，大大降低了沉积过程中的去溶剂化能，降低了金属锰阳极的沉积过电势，显着提高了库仑效率和法拉第效率。

研究人员组装了对称和不对称电池，以证明卤素介导的电解质的可靠性。实验数据表明，该电解液可以在0.1mAcm-2的电流密度下支持对称电池稳定循环700h以上，远远超出了已报道的锰金属电池电解液的性能。

对称电池在不同电流密度下表现出稳定的极化值，充分证明了电解质优异的多重性能。此外，即使在不同的金属或非金属集电极上，电解质也能提供接近100%的库仑效率和<200mV的沉积/溶解过电势。

采用该电解液组装的非对称电池，采用科琴黑(KB)作为集流体，可稳定循环1000小时以上。

值得注意的是，即使在较高的表面容量(5mAhcm-2)下，锰沉积/溶解效率仍高达96.8%。

为了进一步验证所设计的卤素介导电解质的价值，研究人员还开发了一种卤素介导的非水锰金属全电池。该电池能够在设计的卤素介导电解质中稳定循环近600次，并表现出令人满意的多重性能和两个明确的平台。

该研究提供了一条通过电解质工程开发可充电非水MnMB的新途径，预计将使其他多价金属电池和电镀行业受益。