可充电多价金属（如Ca、Mg或Al）电池因其固有的低成本成为大规模电化学储能的理想候选技术。然而，其较差的电化学可逆性、金属负极的枝晶生长、缓慢的金属氧化物正极多价离子动力学以及电极与非水有机基电解液较差的相容性等问题阻碍了它们的实际应用。

近日，为了解决这些问题，澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授，Dong Zhou，美国马里兰大学王春生教授报道了由浓缩水凝胶电解质、含硫负极和高压金属氧化物正极组成的各种水系多价离子电池作为非水多价金属电池的替代体系。成功将水系多价离子/硫||金属氧化物化学应用在最具挑战性的Ca基电池体系中。

文章要点

1）所研制的全水Ca离子/硫电池（ACSB）由硫/碳（S/C）负极、层状Ca_0.4MnO₂正极和一种8.37m的（mol kg^-1_solvent）基于饱和Ca(NO₃)₂水溶液的凝胶电解质组成。

2）研究发现，凝胶电解质的低水活度有效地抑制了多硫化钙在负极中溶解造成的容量损失，同时促进了Ca离子在正极中快速稳定的嵌入/脱嵌。

3）实验结果显示，开发的ACSB具有110 Wh kg^-1的高比能量，在0.2 C下150次循环后的容量保持率为83%，在水凝胶电解质中具有极高的安全性。此外，该策略还可以推广到制造高能水系Mg离子/硫||金属氧化物和Al离子/硫||金属氧化物电池。

这些关键发现为开发低成本储能的水系多价离子电池迈出了革命性的一步。

参考文献

Tang, X., Zhou, D., Zhang, B. et al. A universal strategy towards high–energy aqueous multivalent–ion batteries. Nat Commun 12, 2857 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-23209-6

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23209-6