基于水系電解液的儲能電池具有安全性高、成本低和倍率性能優(yōu)等特點，近幾年發(fā)展迅速。然而，水系電解液的電化學窗口較窄(1.23 V)，導致該類型電池的工作電壓一般比較低；且水系電池對電極材料的選擇較為嚴苛，穩(wěn)定性和比容量均需大幅提升。低工作電壓、低能量密度等瓶頸使得水系電池的規(guī)模應用面臨巨大挑戰(zhàn)。

近期，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員劉宇和副研究員遲曉偉帶領的科研團隊，提出酸堿隔離電解液和雙溶解/沉積型電極反應思路，構造出一類具有高能量密度(1503 Wh kg-1，基于正極活性材料)的新型水系電池。該體系采用雙極膜將酸-堿電解液隔離，利用電極電位對電解液PH值的依賴性，將全電池電解液的電化學穩(wěn)定窗口拓寬至3 V，同時，電池的正負極采用了溶解/沉積反應(負極：Zn/Zn(OH)42+;正極：Mn2+/MnO2)，因而賦予了正負極高達616 mAh g-1和820 mAh g-1的理論比容量。測試表明，該電池具有較高的庫倫效率(98.4%)、優(yōu)異的循環(huán)性能(1500圈后容量保持率為97.5%)和倍率特性?；谠摲磻w系構建的液流電池表現出極小的衰減，循環(huán)6000次后容量保持率為99.5%。相關研究成果發(fā)表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials),2020, DOI: 10.1002/aenm.201903589，并得到期刊封面介紹。該研究也為發(fā)展高電壓、高比能量的水系電池提供了新思路。

該工作第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士生劉常，導師為劉宇。該工作獲得科技部和中科院等的相關項目支持。

基于酸堿隔離電解液-雙溶解/沉積型電極反應的高比能水系電池反應示意圖


新型高比能水系電池的主要電化學性能