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    发表时间/2022-10-27
  • 物理研究所水系钾全电池研发成功

    中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心洁净能源重点实验室的蒋礼威,在胡勇胜和陆雅翔的带领下,采用富锰钾基普鲁士蓝作为正极,有机染料(PTCDI)作为阴极,三氟甲基磺酸钾水溶液22摩尔/升。这一发现最近在《自然—能源》杂志上刊登。


    基于其自身的安全特性,水系碱性金属离子电池是一种新型的电力系统。但许多电极材料存在溶解现象,传统水系电解质电解质的电压窗狭窄,使其在水系电池中的应用受到极大的限制。


    就正极而言,富锰钾基普鲁士蓝因其耐水性、耐高压、耐压、耐腐蚀等特点,已成为锂离子电池的主要负极材料,然而,它在低盐度的电解质中循环时,会产生很大的溶解问题。结果表明,当使用高含盐量的三氟甲基磺酸钾体系电解质溶液时,虽然电极的溶解量明显降低,但仍有电压、周期的衰减。另外,还发现用铁部分代替锰,可以降低物料的溶解度,并显著提高其循环性能。经过进一步的优化,在头40个周期内,新的正极材料的电压和容量都很小。


    本论文首次利用 PTCDI作为阴极电极,在22摩尔/L三氟甲基磺酸钾溶液中, PTCDI的贮钾能力很强,并且有很好的放大性能。同时,高含盐量的电解质中,含有少量的自由水,能抑制正、负极材料的溶出,因此,整个电池具备了高压、宽温区、高功率、长寿命等特点。


    该系统可在0-2.6 V的电压范围内工作,理论能量密度达到80 Wh/kg,使用寿命超过2000次(73%)。研究者们也将水溶性钾软包电池装配在一起,展示了软包装电池在低功耗和高低温下的优异表现。


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