传统的锂离子电池虽然能量密度高，但使用易燃的有机电解液，存在安全隐患。为了提高电池的安全性，科学家们一直在探索水基电池的可能性。水基电池使用水作为电解液的溶剂，显著提高了电池的安全性。然而，由于电解液的溶解度有限和电池电压低，水基电池的能量密度通常较低，这意味着水基电池每单位体积存储的电量相对较低。
在《自然能源》杂志上发表的一项新研究中，中国科学院大连化学物理研究所（DICP）的李先风教授领导的研究小组，与傅强教授的团队合作，开发了一种基于溴和碘的多电子转移阴极，实现了超过840 Ah/L的比容量，并在全电池测试中基于阴极液达到了高达1200 Wh/L的能量密度。
为了提高水基电池的能量密度，研究人员使用了碘离子（I–）和溴离子（Br–）的混合卤素溶液作为电解液。他们开发了一种多电子转移反应，将I–转化为碘元素（I2），然后再转化为碘酸盐（IO3–）。在充电过程中，I–在正极被氧化为IO3–，生成的H+以辅助电解液的形式传导到负极。在放电过程中，H+从正极传导，IO3–被还原为I–。
开发的多电子转移阴极具有840 Ah/L的比容量。将阴极与金属镉结合形成全电池，研究人员基于开发的阴极液实现了高达1200 Wh/L的能量密度。
此外，研究人员确认，在电解液中添加的Br–可以在充电过程中生成极性碘溴（IBr），这有助于与H2O反应生成IO3–。在放电过程中，IO3–可以氧化Br–为Br2，并参与电化学反应，实现IO3–的可逆和快速放电。因此，在充放电过程中形成的溴化中间体优化了反应过程，有效提高了电化学反应的动力学和可逆性。
傅强教授的团队通过原位光学显微镜、拉曼光谱等证明了多电子转移过程。
李先风教授表示：“这项研究为高能量密度水基电池的设计提供了新思路，可能会扩大水基电池在动力电池领域的应用。”
这项创新不仅提升了水基电池的能量密度，还保持了其固有的安全性，为电池技术的发展提供了新的可能性。那么，您如何看待这种新型水基电池的潜力？您认为它将如何影响未来的能源存储和电动汽车行业？欢迎在评论区分享您的想法，与我们共同探讨这一激动人心的技术进步。
参考资料：DOI： 10.1038/s41560-024-01515-9
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