乔世璋Nature子刊：用于大规模储能的碱性水系钠离子电池

水系钠离子电池在大规模储能方面具有广阔应用前景，但能量密度和寿命受到水分解的限制。目前提高水稳定性的方法包括使用昂贵的含氟盐来形成固体电解质界面，以及向电解质中添加潜在易燃的共溶剂以降低水活度。然而，这些方法显着增加了成本和安全风险。

在此，阿德莱德大学乔世璋团队报告了一种无氢碱性ASIB，它基于锰基 PBA 正极（Na₂MnFe(CN)₆，NMF）、NaTi₂(PO₄)₃ (NTP) 负极和一种经济实惠的碱性电解质–无氟高氯酸钠 (NaClO₄)，其成本大大低于高浓度电解质中常用的三酸钠和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠。

结果显示，该工作提出的一种具有锰基普鲁士蓝模拟正极的碱性水系钠离子电池，其在10 C下能稳定循环13000次，在0.5 C下的能量密度为88.9 Wh kg^-1。机理表明，这是通过构建镍/碳层在正极表面附近诱发富含H₃O⁺的局部环境，从而抑制氧气析出。同时，镍原子原位嵌入正极可提高电池的耐用性。

图1. NMF//NTP软包电池的电化学性能以及与选定报告的比较

总之，该工作设计了一种不同的新型水系电池系统，该电池系统在负极上采用无氟碱性电解液抑制H₂析出，在正极上采用Ni/C涂层防止O₂析出和电极溶解。此外，该系统通过Ni/C涂层诱导的富含H₃O⁺的局部环境和原位电极Ni修饰，在碱性电解液中实现了13000次循环的稳定性和88.9 Wh kg^-1的高能量密度。用>30 mg cm^-2的高电极负载组装的软包电池在200次循环后仍能保持约100%的容量，尽管被切割和浸入水中，仍具有出色的安全性。

因此，该种水系碱性电池设计可扩展到Co/C材料中，并通过与其他氧化还原电位较低的负极耦合而展现出高能量密度的实际前景。

图2. 反应机理和原位Ni取代的确定

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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