水溶液电池是最具潜力的大规模储能电化学器件，然而不同的水溶液电池的发展又受到不同因素的限制。比如水系铅酸电池能量密度过低，而镍氢电池则成本较高且资源短缺，水溶液金属锌电池则面临着金属枝晶生长带来的安全问题。近日，南开大学赵庆研究员、陈军院士等报道了基于醌类电极的酸碱混合电池能够实现高能量密度和优异的循环稳定性。

文章要点

1）研究人员通过对醌类分子进行分子结构设计实现了高度电化学可逆的氧化还原电对使其能够作为负极电对与正极侧的Mn²⁺/MnO₂电对构成全电池，实现了高达374Wh/kg的能量密度。凭借电解液中快速的K⁺扩散动力学、电极-电解质界面上较低的K⁺脱溶剂化能以及快速的醌/酚反应，优化后的聚（1,4-蒽醌）在KOH电极液中即便在300C的超高倍率下也能够表现出高达295mAh/g的可逆比容量，在240mA/cm²的超大电流下也能够实现225mAh/g的可逆比容量.

2）研究人员进一步组装了具有2V输出电压的实际水溶液酸碱杂化电池，该电池表现出出色的电化学动力学，在短短40s的时间内（25000mA/g）就可以释放/存储超过95%的理论容量。随着电极集流体界面化学的升级，Ah级水溶液电池的总能量密度为92 Wh/kg，超过了商用水性铅酸电池和镍氢电池。醌电极的快速响应、固有的无枝晶特性和成本效率为调节间歇性太阳能和风能产生的电网输出提供了广阔的应用前景。

参考文献

Yixin Li et al, Quinone Electrodes for Alkali–Acid Hybrid Batteries, JACS, 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00296

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00296