GLOBAL现代水系电池设计

GLOBAL现代水系电池设计
在寻求更可靠、更实惠的储能解决方案的过程中，人们对水基电解质电池的兴趣正在激增。今天的商业水系电池缺乏在快速增长的运输和电网存储领域竞争所需的能量密度和循环寿命，但随着新材料和电池设计策略的开发，这种情况将会改变。选择性膜、贫水电解质和新型电极反应等创新技术已经缓解了传统水系电池的许多局限性。因此，空前广泛的电极化学物质可以通过模块化电池设计以以前不可能的方式配对，以实现传统水系电池无法达到的性能指标。然而这些创新，改变传统上已知的水性电池的特性，并可能导致妥协。本综述首先考察了水系电池的历史演变，总结了它们的基本优点和局限性。然后，它分析了现代化学和电池设计如何进一步加强水系电池的优点并解决它们的局限性，同时有时会损害先前的优点，从而提供对现代水系电池设计的整体和批判性概述。

为了追求更可靠、更实惠的储能解决方案，人们对由水基电解质供电的电池的兴趣正在激增。今天的商业水系电池缺乏在快速增长的运输和电网存储领域竞争所需的能量密度和循环寿命，但随着新材料和电池设计策略的开发，这种情况将会改变。选择性隔膜、贫水电解质和新型电极反应等创新技术缓解了传统水电池的诸多限制。

因此，前所未有的大范围电极化学物质可以通过模块化电池设计以以前不可能的方式配对，以实现传统水电池无法达到的性能指标。然而，这些创新改变了传统上已知的水电池的特性，并可能导致妥协。

这篇综述旨在捕捉可充电水电池的现代转变，并展望前进的道路。作者首先回顾传统水电池的历史、特点、优点和局限性。

 

1.水系电池的历史发展

电池及相关技术的发明时间表总结在图1中。第一个可充电电池出现在160多年前，当时Gaston Planté于1859年发明了铅酸电池，比发电机发明早10年。该技术使用PbO2/PbSO4用于阴极，PbSO4/Pb为阳极，硫酸为电解质。同时，经过二十多年的时间和多个小组的共同努力，完善了集流体的设计和电极的制造，以便将铅酸电池推向市场。铅酸电池继续在当今的储能技术中发挥重要作用，收入占可充电电池市场的50%。作为第一个碱性可充电电池，二十世纪初发明了镍铁电池，其相当高的比容量、高可逆性，其氧化还原电位接近碱性电解质的阳极稳定性极限，寻找与镍阴极配对的优质阳极材料的工作一直持续到今天。在 二十世纪七十年代，氢气被确定为与镍阴极耦合的长效阳极材料。然而，储存氢气所需的高压罐和用于氢反应的贵金属催化剂（如铂）限制了发展。此外，碱性电池负极的下一个候选者是锌金属，起提供更高的能量，同时比其他材料更便宜。