超低浓度电解液助力K0.486V2O5高性能质子存储

南京信息工程大学董升阳教授、张一洲教授和南京工业大学董晓臣教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究成果，开发了一种超低浓度的电解液用于质子存储的策略，由于特殊的Grotthuss机制和良好的结构稳定性，使得K_0.486V₂O₅即使在0.01 mol L⁻¹的稀硫酸电解液中仍能够获得较好的动力学性能和循环稳定性。

高浓度电解液被认为是一种很有前景的拓宽电解液电化学稳定窗口和提高水系电池电化学性能的方法。但是高浓度电解液也存在高成本、高粘度、低电导率等棘手问题。相反，超低浓度电解液受到的关注非常有限。因为低浓度通常意味着低的离子电导率、低的动力学性能。因为特殊的Grotthuss机制，质子电池也许能够在低浓度电解液中获得足够的动力学性能。

近日，南京信息工程大学董升阳教授、张一洲教授和南京工业大学董晓臣教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表了题为“Ultralow-concentration electrolyte boosting K_0.486V₂O₅ for high performance proton storage”的研究论文，报道了K_0.486V₂O₅即使在罕见的超低浓度硫酸电解液（0.01 mol L⁻¹）中仍具有优异的电化学性能。

图1. KVO电极在不同浓度硫酸电解液中的电化学性能。（a-c）在0.01 mol L⁻¹电解液中电化学性能；（d、e）在0.0001到0.1 mol L⁻¹电解液中电化学性能。

如图1所示，与其它浓度的硫酸电解液相比，KVO电极在0.01 mol L⁻¹电解液中具有最优的电化学性能。在50 mA g⁻¹的低电流密度下，具有129 mA h g⁻¹的比容量；在1 A g⁻¹的电流密度下，循环50000圈的容量保持率为53%。

图2. 基于超低浓度电解液的KVO//KVO电池结构示意图和电化学性能。

如图2所示，以KVO作为正/负极、0.01 mol L⁻¹硫酸作为电解液的全电池具有较高的能量密度（71 W h kg⁻¹）和功率密度（4250 W kg⁻¹）。在1 A g⁻¹的电流密度下，循环20000圈的容量保持率为84%。

该研究工作设计的超低浓度电解液的策略为开发耐用的、低成本的水系能源存储系统提供了一种新的可行途径。

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Dong, S., Lv, N., Ren, R. et al. Ultralow-concentration electrolyte boosting K_0.486V₂O₅ for high-performance proton storage. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2084-x