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2024-04-28 11:02:55

卤素嵌入-转化化学助力高比能水溶液锂离子电池

“water in salt”电解质的使用成功地将水溶液锂离子电池的电化学稳定窗口扩宽至3-4V,这使得高压正极和石墨等低电位负极的匹配能够实现。然而,传统的过渡金属氧化物的嵌锂容量有限,这严重限制了水溶液锂离子电池能量密度的提升。研究发现,阴离子盐氧化还原反应能够显著提升电池容量,但是会在一定程度上牺牲电池的可逆性。在本文中,马里兰大学的王春生教授团队发现在石墨负极中引入卤素嵌入-转化反应能够使复合电极在4.2V的平均工作电压下实现高达243mAh/g的容量。实验表征和理论模拟将这一高比容量归因于在”water in bisalt”电解质中可逆形成的一级紧密堆积型C3.5[Br0.5Cl0.5]插层化合物。他们将此复合石墨负极与高压正极匹配组装了能量密度高达400Wh/kg的水溶液全电池,其库伦效率高达100%。Chongyin Yang, Chunsheng Wang et al, Aqueous Li-ion battery enabled by halogen conversion–intercalation chemistry in graphite, Nature,2019https://www.nature.com/articles/s41586-019-1175-6

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