中国研究人员发现了一种方法，通过在电解质溶液中添加溴化物，使水性电池的能量密度更高

中国研究人员表示，一种新的水基电池设计比传统的锂离子电池更安全、更节能。

该团队在4月23日的《自然能源》杂志上报道说，这种水电池的寿命超过1000次充放电循环。

任何电池最重要的特性之一是能量密度 —— 电池所含的能量与其大小或重量的比值。锂离子电池具有特别高的能量密度，广泛用于电动汽车和便携式设备。然而，被称为电解质的液体成分通常含有有机化学物质，如果系统过热，这些化学物质可能会着火或爆炸。

相比之下，水基电池更安全，但由于其工作的电压窗口较窄，通常具有较低的能量密度。然而，通过破解水电解质内部发生的化学反应，研究团队极大地提高了水电池的能量密度和整体性能。

电解质溶液实际上是许多不同化学物质的混合物，每种化学物质控制着电池性能的不同方面。被称为介质的添加剂，通过一系列支持氧化和还原（氧化还原）反应帮助电子在溶液中移动。

对于水基电池，最常见的介质是碘：通过一系列单独的氧化还原反应，这种卤素元素每循环可以转移多达6个电子，将碘化物（I -）转化为碘酸盐（IO3 -）。然而，缓慢的反应速率和不需要的副产品，意味着这种添加剂通常会导致低能量密度的电池。

为了提高这种介导氧化还原序列的效率（从而提高总能量密度），中国科学院的科学家开发了一种混合卤素电解质，在酸性溶液中含有碘化物（I -）和溴（Br -）离子。引入溴，另一种能够转移电子的卤素元素，为这种困难的化学反应提供了一个跳板，增加了反应速度，抑制了讨厌的副产物的形成。

通过详细的电化学和光谱分析，研究小组证明了溴化物离子与碘化物一起参与氧化还原反应，形成了一个重要的中间物，提高了电子转移序列的速度和效率。

然后，研究人员开始了一系列的实验，以评估这种“异卤”电解质对几种常用电池类型的整体性能的影响，这些电池使用不同的材料作为负极（阳极）。

当与镉阳极一起使用时，这种新电解质的能量密度几乎是标准锂离子电池的两倍，镉阳极通常用于诸如电动工具之类的高能便携式设备。与此同时，钒系统通常用于发电厂和可再生能源发电机的电网储能，其寿命特别长，在1000多次充放电循环中保持峰值性能。

在这两种情况下，研究小组都报告了能源效率的提高，并计算出与目前的锂离子技术相比，水性杂卤素系统将具有成本竞争力。

该团队希望，这种实质性的性能增强将使水基电池作为现有系统的更安全、高能量密度的替代品得到更广泛的使用。