近日，问鼎手机版黄健航“双龙学者”特聘教授团队和复旦大学夏永姚教授团队合作在Angewandte Chemie International Edition(德国应用化学)期刊上发表了题为“Towards Highly stable Sn2+ Electrolyte for Aqueous Tin Batteries Using Hydroquinone Antioxidant”的研究论文。
水系电池因其低成本、不可燃性和环境友好性，适合用于大规模储能应用，得到广泛的关注和研究。目前研究较多的金属负极材料如铅，铁，镉，锌等，都存在难以逾越的瓶颈，如铅、镉的环境污染问题，铁和锌负极的抗腐蚀性差，可逆性差。因此，开发高可逆无污染的金属负极材料尤其关键。锡金属无毒，且具有高析氢过电位，副反应少，非常有潜力作为高可逆金属负极材料。然而，锡的价态多，二价锡在水溶液中不稳定，在空气中放置，随着时间的推移，电解液会迅速变质，有很多沉淀出现，对于实际应用来说是巨大的挑战。
课题组通过光谱表征，电化学表征，化学滴定等手段系统研究了二价锡离子在酸性电解液中的失效机制。首先，二价锡离子被溶解氧氧化为四价锡离子，四价锡离子不稳定，发生水解反应，最终生成二氧化锡难溶物，形成大量沉淀。针对二价锡离子氧化问题，课题组提出了以对苯二酚为抗氧化剂，研究发现加入抗氧化剂后，电解液随着静置时间的增加，溶液中二价锡离子的浓度几乎是没有发生变化的。溶液始终保持澄清，没有黄色沉淀物的形成。邻苯二酚紫显色剂的加入，溶液始终处于紫红色，说明溶液没有四价锡离子的形成。通过开路电位和紫外测试手段说明添加剂可以取代二价锡离子与溶解氧发生反应，最终获得高稳定二价锡离子电解液。更为重要的是，该添加剂能够吸附在电极表面，细化锡沉积颗粒的同时抑制锡枝晶的生长，显著提高库伦效率，Cu||Sn不对称电池循环圈数大于1500圈且平均库伦效率高达99.9%。全电池TCBQ (tetra-chloro-benzoquinone)||Sn在循环10,000之后仍具有71%的容量保持率。该策略为开发高度稳定的Sn2+电解液提供了一种简单和可行的方法。
问鼎手机版为此研究成果的第一通讯单位，问鼎手机版化学与材料科学问鼎手机版(中国)硕士研究生王琼为论文的第一作者，问鼎手机版(中国)化材问鼎手机版(中国)黄健航副教授、复旦大学夏永姚教授为共同通讯作者。该论文工作得到国家自然科学基金和金华市科技项目的资助。
编辑：张文潇
