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本報訊（記者孫丹寧）水系鎂空氣電池具有理論能量密度高、環境友好、安全性高、成本低和貯存壽命長的特點，是一種理想的應急儲備電源。近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員王二東團隊在水系鎂空氣電池電解液設計研究方面取得新進展。他們提出一種無氯電解液，有效避免了鎂負極在傳統氯化鈉電解液中的陽極析氫腐蝕問題。相關成果日前發表于《化學工程學報》。
水系鎂空氣電池無須充電，在使用前加注河水、海水或其他水源，即可對外供電，其主要應用場景包括露營、日常停電或遇到地震、洪水等災難的緊急情況。然而，鎂負極在氯化鈉電解液中發生陽極溶解反應的同時還伴隨劇烈的析氫腐蝕反應，且存在負差效應——放電電流密度增大、析氫腐蝕速率加快。長期以來，文獻報道中的鎂負極利用率停留在60%左右，這使得鎂空氣電池的比能量大打折扣。
本工作中，團隊提出采用乙酸鈉電解液，構建了均勻溶解和無局部腐蝕的鎂負極/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，增加了陰離子在表面膜中的擴散能壘，避免了鎂負極表面膜的破壞，從而抑制了鎂負極在放電過程中的陽極析氫腐蝕。
基于該策略下的鎂負極在10 mA/cm2電流密度下的利用率可達84%，高于在傳統氯化鈉電解液中的59%。同時，基于鎂負極質量計算的比能量由1370 Wh/kg提升到1770 Wh/kg。此外，團隊還在商業化鎂空氣電池中證實了乙酸鈉電解液的實用性。
該工作為設計高性能鎂空氣電池提供了一條簡單可行的途徑，同時揭示了鎂負差效應的根本原因。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142655
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