近日，我所儲(chǔ)能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員、張華民研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種基于雙電子轉(zhuǎn)移，沉積-溶解型反應(yīng)的錳基正極電對;并將上述電對應(yīng)用于中性鋅錳液流電池當(dāng)中，大幅提高了電池的可靠性。該工作為開發(fā)新一代二次錳基電池提供了新思路。

錳基電池因資源儲(chǔ)量豐富、成本低廉以及環(huán)境友好等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注。但循環(huán)穩(wěn)定性差等問題一直制約著錳基電池的發(fā)展。該團(tuán)隊(duì)提出的錳基電對以Mn(Ac)2作為活性物質(zhì)，由于Ac-的配位作用，在充電過程中，Mn(Ac)2通過氧化反應(yīng)以MnO2的形式沉積在電極上，在放電過程中溶解為Mn(Ac)2;與其它錳鹽(MnSO4或MnCl2)部分或者全部生成Mn3+的機(jī)理完全不同，該反應(yīng)可以完全避免Mn3+的歧化副反應(yīng)問題，從而大大提高了電對的穩(wěn)定性和可逆性。

上述MnO2/Mn2+反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的根本原因在于Mn(Ac)2生成MnO2的過程中伴隨生成HAc，而HAc的吉布斯自由能遠(yuǎn)低于游離H+(MnSO4或MnCl2在電化學(xué)反應(yīng)過程中生成H+),從而整體降低了該反應(yīng)的電位，避免了Mn2+/Mn3+反應(yīng)的發(fā)生。另外，與常見的鋅離子電池的嵌入/脫出機(jī)理相比，溶解/沉積反應(yīng)有效避免了正極在充放電過程中所發(fā)生的相變和結(jié)構(gòu)坍塌等問題，從而大大提高了正極的穩(wěn)定性。組裝的中性鋅錳液流電池測試結(jié)果表明，MnO2可以均勻的沉積在正極的碳纖維上，其面積容量可達(dá)20mAh/cm2，這是目前報(bào)道的最大值，并且MnO2在放電的過程中可以完全溶解，電化學(xué)反應(yīng)的可逆性很高。與傳統(tǒng)的堿性鋅錳體系體系相比，中性電解液體系沒有腐蝕性，并且還能有效地避免負(fù)極鋅枝晶的問題。在電流密度40mA/cm2下，鋅錳液流電池可以穩(wěn)定的運(yùn)行超過400次循環(huán)，并且?guī)靷愋士蛇_(dá)99%，能量效率可達(dá)78%。

相關(guān)研究成果發(fā)表于《能源環(huán)境科學(xué)》上，以上工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院STS項(xiàng)目等支持。