李先锋团队实现卤素水系电池研究的新突破，让新能源汽车成本更低

李先锋

中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员李先锋团队与催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究中心研究员傅强团队合作，正在卤素水系电池研究方面取得进展，开发出了基于溴和碘元素的多电子转移正极，其比容量超过840安时/升，在全电池测试中正极侧能量密度超过1200瓦时/升。

能量密度和安全性是衡量二次电池的重要标准。传统的非水系锂离子电池具有高的能量密度，但是其采用的有机电解液易燃，安全性问题难以保障。水系电池采用水作为溶剂，具有安全性。然而，受限于电解液溶解度低、电池电压低等问题，水系电池的能量密度一般较低，即单位体积内的电池储存的电量较少。例如，传统的水系电池如全钒液流电池和锌溴液流电池的能量密度分别约为30瓦时/升和60瓦时/升，使其仅能用于大规模固定储能。

在能源存储技术的探索中，水系电池以其安全、环保的特性，一直备受关注。然而，其能量密度较低的问题限制了其广泛应用。为了突破这一瓶颈，李先锋团队成功研发了一种新型水系电池技术，通过引入碘离子和溴离子混合卤素溶液作为电解液，实现了水系电池能量密度的显著提升。

该技术的核心在于构建了碘离子到碘单质再到碘酸根的多电子转移反应。在充电过程中，碘离子在正极生成碘酸根，同时生成的氢离子从正极传导到负极一侧；而在放电过程中，氢离子从负极向正极传导，碘酸根被还原为碘离子。

李先锋团队在充放电过程中形成的溴化物中间态上进行了巧妙利用，进一步优化了电池性能。溴离子的加入，在电池充电过程中生成极性的溴化碘，有利于和水反应形成碘酸根，从而提高了反应速率，降低了充电电压。而在放电过程中，碘酸根通过与溴离子反应生成溴，参与电化学反应，实现碘酸根的可逆、快速放电，不仅提高了电池的放电电压，还提高了碘酸根的还原速率。

在优化后的电解液中，溴化物充当了氧化还原的“桥梁”，显著提高了电池的效率和反应速率。研究团队通过原位光学显微镜、拉曼光谱等手段，成功证明了上述反应过程，为技术的可靠性提供了有力支撑。

经测试，该新型水系电池的正极比容量达到了840安时/升，与金属镉组成的全电池，基于正极侧的能量密度更是超过1200瓦时/升，这一成果在水系电池领域堪称是突破。

本项研究不仅拓宽了高能量密度水系电池的研究途径，为高能量密度水系电池的设计提供了新思路，而且也拓展了水系电池的应用范围，如动力电池等领域，为环境保护和能源结构升级提供了技术保障。

此项研究得到了国家自然科学基金等机构的支持，未来有理由相信，在李先锋团队等科研力量的推动下，水系电池将在更多领域发挥重要作用，这种新型电池技术不仅有助于降低制造成本，减轻对稀缺资源的依赖，更以其卓越的安全性和稳定性，满足了电动汽车和可再生能源储备在能源密度与安全性方面的需求，为未来的绿色能源发展注入强大动力。

在电动汽车领域，水电池的应用正逐渐展现出其独特优势。相较于传统锂离子电池，水电池具备更高程度的安全性和稳定性，有效避免了因过热、短路等原因引发的安全隐患。同时，其制造成本更低，有助于推动电动汽车的广泛普及。

随着太阳能、风能等可再生能源的逐步发展和广泛应用，储能技术的重要性日益凸显。水电池作为一种环保、高效的储能手段，具备大量储存能量并在需求时释放的特性，为可再生能源的普及和应用提供了坚实保障。其高效稳定的性能，为可再生能源的稳定输出提供了有力支持，有助于解决可再生能源的不稳定性问题。

水电池在航空航天和移动通信领域也展现出了巨大的潜力，其轻质、高能量密度和环保特性，使得水电池能够满足这些领域对电源的高标准要求。在航空航天领域，水电池能够为卫星、火箭等提供稳定可靠的能源支持；在移动通信领域，水电池则能够为基站、通信设备等提供持续稳定的电力供应，确保通信网络的正常运行。（策划：芷洁）