中科大陈维教授联合斯坦福崔屹研发超稳定的碘-氢气水系电池

水系电池由于其高安全性、长循环寿命、高倍率性能等优势，非常适合大规模储能。最近，采用催化H2O/H2氧化还原偶负极，成功设计了一类新型水系可充电电池，即氢气可充电电池。H2负极上由析氢/氧化反应（HER/HOR）驱动的电催化为氢气电池提供了最小的过电位、高倍率和稳定的电化学性能。通常，液态-氧化还原反应比固态-氧化还原反应显示出更好的动力学和稳定性。在不同的液态-氧化还原对反应中，三碘化物/碘化物 (I3-/I- ) 氧化还原对反应被发现具有高溶解度 (> 8 m ) 和0.536 V的氧化还原电位（相对于 SHE）。因此，I3-/I-氧化还原对经常用于氧化还原液流电池（RFB）中作为液态正极。为获得理想的高容量、快速动力学和长期稳定性能，将碘正极与高度可逆和耐用的负极相结合受到高度赞扬。

鉴于此，中国科学技术大学陈维教授和斯坦福大学崔屹教授报道了一种在环境友好的水系电解液中，以碘为正极，氢气为电催化负极的新型高性能水系碘-氢气（I2-H2）电池。无论采用酸性、中性还是碱性电解液体系，该电池设计都表现出强大的电化学性能。这项研究为大规模储能应用的经济有效、高功率密度和长循环I2-H2电池的产业化铺平了道路。

水系I2-H2电池的工作化学包括可溶性I−离子与正极处固态I2之间的I2/I−氧化还原对反应的液固相互转化，然后是负极处的HER/HOR电催化反应。与氧化还原液流电池不同，这种新设计的无循环系统的静态I2-H2水系电池最终降低了电池制造成本，实现了100 C的高倍率性能和超过60000次循环的持久稳定性。并显示出15.5 Ah L-1的体积容量以及良好的针对电池过充的自愈能力。

图1 水系I2-H2电池的结构和工作原理及其充放电过程

图2 水系I2-H2电池在中性电解液中的电化学性能

图3 水系I2-H2电池在过充电条件下的自愈能力

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202101024