环境友好性和电池成本是电网储能应用需要解决的两个主要问题。无枝晶铁Fe离子水系电池（ABs）因其丰富的天然资源、低廉的成本和对铁资源无毒等优点，具有广阔的应用前景。然而，铁负极上的钝化反应严重，配套正极的长期循环性能较差，严重阻碍了其实际应用。

近日，西南大学李长明教授，朱建慧，海南师范大学Jian Jiang报道了提出了一种独特的无正极铁离子ABs，它由多孔泡沫铁、高比表面积泡沫碳（CFs）和添加NH₄Cl的FeSO₄溶液电解质构成。

文章要点

1）NH₄Cl作为电解液调节剂具有以下优点：首先，加入NH₄Cl可以提高水溶液中的离子浓度，从而提高电解质的电导率。其次，该盐可能通过中间体的形成促进(或参与)氧化还原反应，降低了势垒，减小了电极极化。第三，NH₄Cl的使用有助于调节电解液条件的pH值，调节铁负极的腐蚀速率。

2）在负极侧，可逆的三维(3D)泡沫铁（孔隙率大于95%，比表面积是相同体积下平面块状/固体铁箔的6~10倍）上发生可逆的镀铁/剥离反应；另一方面，Fe²⁺的吸附/解吸、Fe^II/Fe^III转化和Fe^III沉积等快速反应将在开孔的中空结构、较大的比表面积（~2135 m²/g）和其他物理化学性质（如良好的导电性、化学惰性等）上进行。值得注意的是，NH₄Cl添加剂可有效缓解Fe负极钝化，能够促进镀铁/剥离动力学和平滑Fe²⁺穿梭。

3）实验结果表明，泡沫铁负极可在10 mA/cm²的高倍率下稳定工作250 h以上，在不同的电池系统中循环1000次，CE仍保持在96%以上。进一步组装的全铁离子ABs具有较高的峰值能量/功率密度（~240.6 mWh/cm³/12100 mW/cm³），循环性能大大增强（1000次循环后容量保持率为91.6%）。

4）需要注意的是，开发的ABs中的所有组成都是环保的；固体电极由无毒物质制成，而电解质只包含一些肥料级别的化学物质（例如，FeSO₄，一种用于酸土植物的肥料；NH₄Cl，一种普通氮肥）。这一特性使得电池系统本质上是绿色的，可以作为生活垃圾处理，不需要任何复杂的分类/后处理。

这种安全、经济、长周期的无正极铁离子ABs在可扩展储能领域具有广阔的应用前景。

参考文献

Shibo Chai, et al, Elevating kinetics of passivated Fe anodes with  NH₄Cl regulator: Toward low-cost, long-cyclic and green cathode-free  Fe-ion aqueous batteries, Nano Res., 2021

DOI: 10.1007/s12274-021-3911-0

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3911-0