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本報(bào)訊（記者孫丹寧）水系鎂空氣電池具有理論能量密度高、環(huán)境友好、安全性高、成本低和貯存壽命長的特點(diǎn)，是一種理想的應(yīng)急儲(chǔ)備電源。近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員王二東團(tuán)隊(duì)在水系鎂空氣電池電解液設(shè)計(jì)研究方面取得新進(jìn)展。他們提出一種無氯電解液，有效避免了鎂負(fù)極在傳統(tǒng)氯化鈉電解液中的陽極析氫腐蝕問題。相關(guān)成果日前發(fā)表于《化學(xué)工程學(xué)報(bào)》。
水系鎂空氣電池?zé)o須充電，在使用前加注河水、海水或其他水源，即可對(duì)外供電，其主要應(yīng)用場景包括露營、日常停電或遇到地震、洪水等災(zāi)難的緊急情況。然而，鎂負(fù)極在氯化鈉電解液中發(fā)生陽極溶解反應(yīng)的同時(shí)還伴隨劇烈的析氫腐蝕反應(yīng)，且存在負(fù)差效應(yīng)——放電電流密度增大、析氫腐蝕速率加快。長期以來，文獻(xiàn)報(bào)道中的鎂負(fù)極利用率停留在60%左右，這使得鎂空氣電池的比能量大打折扣。
本工作中，團(tuán)隊(duì)提出采用乙酸鈉電解液，構(gòu)建了均勻溶解和無局部腐蝕的鎂負(fù)極/電解液界面。研究人員借助乙酸根離子中甲基的空間位阻效應(yīng)，增加了陰離子在表面膜中的擴(kuò)散能壘，避免了鎂負(fù)極表面膜的破壞，從而抑制了鎂負(fù)極在放電過程中的陽極析氫腐蝕。
基于該策略下的鎂負(fù)極在10 mA/cm2電流密度下的利用率可達(dá)84%，高于在傳統(tǒng)氯化鈉電解液中的59%。同時(shí)，基于鎂負(fù)極質(zhì)量計(jì)算的比能量由1370 Wh/kg提升到1770 Wh/kg。此外，團(tuán)隊(duì)還在商業(yè)化鎂空氣電池中證實(shí)了乙酸鈉電解液的實(shí)用性。
該工作為設(shè)計(jì)高性能鎂空氣電池提供了一條簡單可行的途徑，同時(shí)揭示了鎂負(fù)差效應(yīng)的根本原因。
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https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142655
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