王二东等开发无氯电解液抑制镁负极阳极析氢并应用于镁空气电池

taipingyang

近日，我所燃料电池研究部醇类燃料电池及复合电能源研究中心金属燃料电池系统研究组（DNL0313组）王二东研究员团队在水系镁空气电池电解液设计研究方面取得新进展，提出一种无氯电解液，有效避免了镁负极在传统氯化钠（NaCl）电解液中的阳极析氢腐蚀问题。
　　水系镁空气电池具有理论能量密度高、环境友好、安全性高、成本低和贮存寿命长的特点，是一种理想的应急储备电源，其主要应用场景包括露营、日常停电或者遇到地震、洪水等灾难的紧急情况。该类电池无需充电，使用前加注河水、海水或者其他水源，电池即可对外供电。然而，镁负极在NaCl电解液中发生阳极溶解反应时还伴随着剧烈的析氢腐蚀反应，且存在负差效应（随着放电电流密度增大，析氢腐蚀速率加快）。长期以来，文献报道中的镁负极利用率停留在60%左右，使得镁空气电池的比能量大打折扣。

　　本工作中，团队提出采用乙酸钠（NaAc）电解液，构建均匀溶解和无局部腐蚀的镁负极/电解液界面；借助乙酸根离子中甲基的空间位阻效应，增加阴离子在表面膜中的扩散能垒，避免镁负极表面膜的破坏，从而抑制了镁负极在放电过程中的阳极析氢腐蚀。基于该策略下的镁负极在10 mA cm-2电流密度下的利用率可达84%，高于在传统NaCl电解液中的59%，基于镁负极质量计算的比能量由1370 Wh kg-1提升到1770 Wh kg-1。此外，团队还在商业化镁空气电池中证实了NaAc电解液的实用性。该工作为设计高性能镁空气电池提供了一条简单可行的途径，同时揭示了镁负差效应的根本原因。
　　上述工作以“A chloride-free electrolyte to suppress the anodic hydrogen evolution corrosion of magnesium anode in aqueous magnesium air batteries”为题，于近日发表在《化学工程学报》（Chemical Engineering Journal）上。该工作的第一作者是我所DNL0313组博士后高建新。上述工作得到了国家自然科学基金、中科院重点部署项目等资助。（文/图 高建新）
　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142655
       文章来源：大连化物所
       王二东，大连化物所研究员。2008年于哈尔滨工业大学电化学工程系获工学博士学位，2008-2010年在香港科技大学机械工程系从事博士后研究工作，2010年受聘于中国科学院大连化学物理研究所。现任醇类燃料电池及复合电能源研究中心金属燃料电池系统研究组组长，研究员，博士生导师。主持承担了国家重点研发计划、中科院重点部署项目等多项重要项目。发表论文近20篇，申请发明专利60余项，已授权20余件。先后获得中科院杰出科技成就奖、辽宁省技术发明二等奖、大连市技术发明一等奖、沈阳分院优秀青年奖、大连化物所青年优秀奖、中国科学院青年创新促进会优秀会员、辽宁省百千万人才工程、大连市青年科技之星等奖励与荣誉。