相關(guān)研究成果(“Environment-friendly Aqueous Li (or Na)-ion Battery with Fast Electrodes Kinetics and Super-long Life”)發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances，Vol. 2, no. 1, e1501038; DOI: 10.1126/sciadv.1501038)上。該雜志為Science刊物旗下子刊，是一個(gè)涵蓋所有學(xué)術(shù)領(lǐng)域的開(kāi)放性、綜合性科學(xué)刊物。復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室2014級(jí)博士生董曉麗為該論文的第一作者。文章得到了審稿人一致的高度評(píng)價(jià)(Overall Evaluation: Excellent and Exciting)，認(rèn)為“作者提出了一種新穎的電池體系”(“The authors present an original battery system”)，“電池的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、安全性高，使得這項(xiàng)工作創(chuàng)新而且重要”("Moreover, this battery displays inherent fast electrodes kinetics, long life and high safety which make this work quite important and innovative.")。

 

　　據(jù)介紹，傳統(tǒng)的鋰離子電池的工作原理是基于鋰離子在正負(fù)極電極的嵌入/脫嵌，也稱(chēng)“搖椅式電池”。新型電池工作原理與傳統(tǒng)的鋰離子電池相似：正極反應(yīng)基于溶液中I3-/I-電對(duì)的氧化還原，負(fù)極反應(yīng)基于聚酰亞胺上羰基的可逆烯醇化反應(yīng)，鋰離子/鈉離子聚合物交換膜為電池隔膜，充放電過(guò)程中伴隨著鋰離子Li+(或鈉離子Na+)在正負(fù)極之間的遷移。與傳統(tǒng)電池有限的循環(huán)壽命和功率密度相比，該體系中電池的正負(fù)極電極反應(yīng)均不涉及離子在固體材料中的擴(kuò)散及其由此引起的充放電過(guò)程中電極材料的體積，能夠?qū)㈦姵氐母吣芰棵芏群碗娙萜鞯拈L(zhǎng)循環(huán)壽命與高功率密度有效地結(jié)合起來(lái)。實(shí)驗(yàn)表明，正負(fù)極材料均表現(xiàn)出較快的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，使得電池表現(xiàn)出類(lèi)似電容器的高功率性能。電池在0~1.6V的電壓窗口之間充放電，可以循環(huán)高達(dá)50,000次，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)可充電電池的循環(huán)壽命(<10,000次)。

 

　　圖1.基于液態(tài)正極和固態(tài)負(fù)極的水系鋰離子/鈉離子電池

 

　　相對(duì)于現(xiàn)有使用金屬氧化物電極材料或有機(jī)電解質(zhì)溶液的二次電池和液流電池，這種新型的鋰離子(鈉離子)電池體系中所有的組分(包括水溶液電解液和電極材料聚酰亞胺和碘基活性物質(zhì))都是環(huán)境友好無(wú)污染的。而且該電池體系中電極反應(yīng)并不涉及金屬元素的氧化還原，這也大大降低了電池的制造成本。該電池具有能量密度高、功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高、成本低等優(yōu)異的性能，將來(lái)可望用于風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電等能量?jī)?chǔ)存、智能電網(wǎng)峰谷調(diào)荷等。

 

　　研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委和教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心(2011?iChEM)的資助。