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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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大連化物所開發(fā)出基于Mn²⁺/MnO₂可逆雙電子溶解-沉積型反應的鋅錳液流電池

2019-12-31 大連化學物理研究所

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語音播報

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所儲能技術(shù)研究部（DNL17）研究員李先鋒、張華民團隊開發(fā)出一種基于雙電子轉(zhuǎn)移、沉積-溶解型反應的錳基正極電對，并將上述電對應用于中性鋅錳液流電池當中，大幅提高了電池的可靠性。該工作為開發(fā)新一代二次錳基電池提供了新思路。

　　錳基電池因資源儲量豐富、成本低廉以及環(huán)境友好等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注。但循環(huán)穩(wěn)定性差等問題一直制約著錳基電池的發(fā)展。該團隊提出的錳基電對以Mn(Ac)₂作為活性物質(zhì)，由于Ac^-的配位作用，在充電過程中，Mn(Ac)₂通過氧化反應以MnO₂的形式沉積在電極上，在放電過程中溶解為Mn(Ac)₂；與其它錳鹽（MnSO₄或MnCl₂）部分或者全部生成Mn³⁺的機理完全不同，該反應可以完全避免Mn³⁺的歧化副反應問題，從而大大提高了電對的穩(wěn)定性和可逆性。

　　上述MnO₂/Mn²⁺反應實現(xiàn)的根本原因在于Mn(Ac)₂生成MnO₂的過程中伴隨生成HAc，而HAc的吉布斯自由能遠低于游離H⁺（MnSO₄或MnCl₂在電化學反應過程中生成H⁺），從而整體降低了該反應的電位，避免了Mn²⁺/Mn³⁺反應的發(fā)生。另外，與常見的鋅離子電池的嵌入/脫出機理相比，溶解/沉積反應有效避免了正極在充放電過程中所發(fā)生的相變和結(jié)構(gòu)坍塌等問題，從而大大提高了正極的穩(wěn)定性。組裝的中性鋅錳液流電池測試結(jié)果表明，MnO₂可以均勻地沉積在正極的碳纖維上，其面積容量可達20mAh/cm²，這是目前報道的最大值，并且MnO₂在放電的過程中可以完全溶解，電化學反應的可逆性很高。與傳統(tǒng)的堿性鋅錳體系相比，中性電解液體系沒有腐蝕性，并且還能有效地避免負極鋅枝晶的問題。在電流密度40mA/cm²下，鋅錳液流電池可以穩(wěn)定地運行超過400次循環(huán)，并且?guī)靷愋士蛇_99%，能量效率可達78%。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于《能源環(huán)境科學》上，以上工作得到國家自然科學基金、中科院STS項目等支持。

大連化物所開發(fā)出基于Mn²⁺/MnO²可逆雙電子溶解-沉積型反應的鋅錳液流電池

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所儲能技術(shù)研究部（DNL17）研究員李先鋒、張華民團隊開發(fā)出一種基于雙電子轉(zhuǎn)移、沉積-溶解型反應的錳基正極電對，并將上述電對應用于中性鋅錳液流電池當中，大幅提高了電池的可靠性。該工作為開發(fā)新一代二次錳基電池提供了新思路。
　　錳基電池因資源儲量豐富、成本低廉以及環(huán)境友好等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注。但循環(huán)穩(wěn)定性差等問題一直制約著錳基電池的發(fā)展。該團隊提出的錳基電對以Mn(Ac)2作為活性物質(zhì)，由于Ac-的配位作用，在充電過程中，Mn(Ac)2通過氧化反應以MnO2的形式沉積在電極上，在放電過程中溶解為Mn(Ac)2；與其它錳鹽（MnSO4或MnCl2）部分或者全部生成Mn3+的機理完全不同，該反應可以完全避免Mn3+的歧化副反應問題，從而大大提高了電對的穩(wěn)定性和可逆性。
　　上述MnO2/Mn2+反應實現(xiàn)的根本原因在于Mn(Ac)2生成MnO2的過程中伴隨生成HAc，而HAc的吉布斯自由能遠低于游離H+（MnSO4或MnCl2在電化學反應過程中生成H+），從而整體降低了該反應的電位，避免了Mn2+/Mn3+反應的發(fā)生。另外，與常見的鋅離子電池的嵌入/脫出機理相比，溶解/沉積反應有效避免了正極在充放電過程中所發(fā)生的相變和結(jié)構(gòu)坍塌等問題，從而大大提高了正極的穩(wěn)定性。組裝的中性鋅錳液流電池測試結(jié)果表明，MnO2可以均勻地沉積在正極的碳纖維上，其面積容量可達20mAh/cm2，這是目前報道的最大值，并且MnO2在放電的過程中可以完全溶解，電化學反應的可逆性很高。與傳統(tǒng)的堿性鋅錳體系相比，中性電解液體系沒有腐蝕性，并且還能有效地避免負極鋅枝晶的問題。在電流密度40mA/cm2下，鋅錳液流電池可以穩(wěn)定地運行超過400次循環(huán)，并且?guī)靷愋士蛇_99%，能量效率可達78%。
　　相關(guān)研究成果發(fā)表于《能源環(huán)境科學》上，以上工作得到國家自然科學基金、中科院STS項目等支持。
　　大連化物所開發(fā)出基于Mn2+/MnO2可逆雙電子溶解-沉積型反應的鋅錳液流電池
　　

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