本刊推荐 | 3.9 V电化学稳定窗口的乙酸盐电解液用于低成本高性能的水系钠离子电池

1 创新点

针对水系电解液电化学稳定窗口窄的问题，提出了一种基于双乙酸盐策略将水的电化学稳定窗口由1.23 V扩宽至3.9 V。

2 选题依据

钠在地壳中的储量远高于锂，将低成本的钠离子电池用于大规模储能得到广泛关注。目前钠离子电池使用的有机电解液有毒易燃、成本较高、对水分敏感,在过充/过放的条件下容易引起安全事故,安全低成本的水系电解液可从根本上解决这些问题。当前水系电解液仍存在许多问题有待解决，其中急需解决的焦点是水的电化学稳定窗口只有1.23 V，正负极材料难以在窄的电化学稳定窗口中实现高能量密度，限制了钠离子电池在储能领域的应用。为提升钠离子电池的能量密度，实现水系钠离子电池在储能领域的应用，将扩宽水的电化学稳定窗口作为本文的主要研究问题。

3 研究方案或路线

4 研究内容与数据

4.1 水系钠离子电解液的表征

图1 不同浓度的CH3COONH4与CH3COONa溶液的（A）拉曼光谱和（B）离子电导率

4.2 电解液与电极材料的电化学性能测试

图2 不同溶液的电化学稳定窗口;（B）MnO2/CNTs与NTP/C在25 mol·L^-1的CH3COONH4与5 mol·L^-1的CH3COONa混合水溶液中的CV曲线

4.3 全电池电化学性能测试

图3 MnO2/CNTs||NTP/C水系全电池的电化学性能（电解液为25 mol·L^-1CH3COONH4与5 mol·L^-1CH3COONa混合水溶液）：（A）CV曲线;（B）时间电压曲线;（C）恒流充放电曲线;（D）循环稳定性能;（E）不同电流密度下的充放电曲线;（F）倍率性能

5 本文主要结论

1、基于“water-in-salt”策略，使用CH3COONH4与CH3COONa的混合水溶液作为水系钠离子电池电解液,有效地将水的电化学稳定窗口扩宽至3.9 V。

2、该水系电解液与MnO2/CNTs正极和NTP/C负极组成的全电池在0.1 A· g^-1的电流密度下电池容量为74.1 mAh·g^-1,平均工作电压可达到1.3 V,循环500圈电池容量保持率为69%。

6 作者简介

【第一作者】兰道云，男，1994年生，硕士研究生。主要研究方向为水系钠离子电池电解液。

【通讯作者】刘军，男，1986年生，博士研究生。主要研究方向为锂/钠离子电池、锂硫电池、电化学储能材料与器件。

7 关于本文

引用格式：

兰道云, 屈小峰, 唐宇婷, 刘丽英, 刘军. 3.9 V电化学稳定窗口的乙酸盐电解液用于低成本高性能的水系钠离子电池[J]. 电化学, 2022, 28(1): 2102231.

Dao-Yun Lan, Xiao-Feng Qu, Yu-Ting Tang, Li-Ying Liu, Jun Liu. Acetate Solutions with 3.9 V Electrochemical Stability Window as an Electrolyte for Low-Cost and High-Performance Aqueous Sodium-Ion Batteries[J]. Journal of Electrochemistry, 2022, 28(1): 2102231.

DOI： 10.13208/j.electrochem.210223

http://electrochem.xmu.edu.cn/CN/10.13208/j.electrochem.210223

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