复旦大学法学，复旦大学法学院
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研究内容
锡（Sn）由于其多电子反应、高耐腐蚀性、大的氢过电位和优异的环境兼容性，在水性电池（AB）中很有前途。然而，受限于高热力学势垒和较差的电化学动力学，在简单的条件下进行有效的碱性Sn电镀/剥离尚未实现。
复旦大学晁栋梁研究员首次展示了一种高度可逆的亚锡离子电化学，构建了一种高性能Sn基ABs的新模式。所得到的碱性锡电极提供了-1.07 V vs Hg/HgO的低电势，450 mA h g-1的比容量，接近100%的库仑效率，45.5 A g-1时的优异倍率能力以及在没有枝晶和死锡的情况下的优异循环耐久性。相关工作以“High-Energy Sn-Ni and Sn-Air Aqueous Batteries via Stannite-Ion Electrochemistry”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
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研究要点
要点1.作者首次通过亚锡离子电化学实现了一套新的高可逆、高能锡基水性电池。光谱表征、电化学评估和理论计算揭示了二价锡镀层的热力学和动力学可行性，（a）较低的吉布斯自由能变化、紧凑的溶剂化结构和用于锡还原的与H2O的强结合能，（b）快速的表面电荷转移和SnO22-离子扩散。
要点2.通过调节Sn成核，在Cu衬底上以低过电位和高库仑效率（CE）实现了亲锡行为。所得到的碱性锡电极提供了-1.07 V vs Hg/HgO的低电势，450 mA h g-1的比容量，接近100%的库仑效率，45.5 A g-1时的优异倍率能力以及在没有枝晶和死锡的情况下的优异循环耐久性。
要点3.作者开发了新的高性能锡基ABs，1.45 V Sn-Ni电池在15000次循环中保持了97.3%的容量，能量密度为314 W h kg-1，功率密度为58 kW kg-1；1.0 V Sn−空气电池的能量密度为420 W h kg-1，寿命超过1900 h。
该研究可能为高可逆和高能ABs开辟一条新途径，并为探索其他热力学和动力学不利的金属阳极提供有效策略。
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研究图文
图1. 亚锡离子电化学的热力学和动力学可行性分析。
图2. Sn电镀/剥离的电化学和副反应评估。
图3. 锡镀层/锡剥离的机理和反应过程研究。
图4. 锡基ABs的普遍性验证和器件评估。
图5. 锡基ABs与其他最先进的储能系统的比较。
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文献详情
High-Energy Sn-Ni and Sn-Air Aqueous Batteries via Stannite-Ion Electrochemistry
Wanhai Zhou, Ming Song, Pei Liang, Xinran Li, Xin Liu, Hongpeng Li, Tengsheng Zhang, Boya Wang, Ruizheng Zhao, Zaiwang Zhao, Wei Li, Dongyuan Zhao, Dongliang Chao*
J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.3c03039
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