天津大学Nature Energy:分离电解质助力稳定高比能可充水溶液Zn-MnO2电池
北2北
水溶液储能体系由于避免使用可燃的有机电解液而具有本征的安全性。不过，水溶液电池系统常常电压较低，这就使得其在能量密度的竞争中不占优势。最近，天津大学胡文彬教授与钟澄教授团队通过去耦电解质策略成功地提高了水溶液可充Zn-MnO2全电池的电压并对其实用性进行了考察。
本文要点
1） 该工作的设计思路是将MnO2正极与金属Zn负极分离开以保证正极能够在酸性条件下、负极能够在碱性条件下在各自单独的半电池中进行工作。具体操作就是把酸性电解质和碱性电解质放在两个不同的舱中，中间用中性电解质隔开以免发生酸碱中和反应。中性电解质的两侧都使用具有离子选择性的薄膜封装来防止电解液的直接接触。
2） 这种简单却高效的电解质分离策略使得水溶液Zn-MnO2电池达到了极高的开路电压—2.83V，基于MnO2质量计算的能量密度高达1621.7Wh/kg。这种分离式电池的循环稳定性也十分令人满意，深度循环200小时（对应循环周数为116周）后容量衰减只有2%。
3）该工作最让人瞩目的地方在于研究人员将放大化的分离式Zn-MnO2电池与风能和光伏太阳能采集体系集成在一起让其作为一个独立的封闭能量体系来为发光二极管供能。该电池的容量高达3.33Ah，归一化整体电池质量后计算所得能量密度为90Wh/kg。这是目前商品化的铅酸电池的能量密度近乎三倍。
Cheng Zhong et al, Decoupling electrolytes towards stable and high-energy rechargeable aqueous zinc–manganese dioxide batteries, Nature Energy, 2020
DOI: 10.1038/s41560-020-0584-y
https://www.nature.com/articles/s41560-020-0584-y
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