スタニットイオン電化学による高エネルギーSn-NiおよびSn-Air水性電池

科学分野:

• 電気化学
• 材料科学
• エネルギー貯蔵

背景:

• タン (Sn) は,理論上高い容量,複数の電子反応能力,そして環境に優しいため,水性電池 (AB) の有望なアノド材料である.
• しかし,高熱力学的障壁や低電気化学的運動性などの課題は,効率的なアルカリ性Snプレッティング/ストリッピングを妨げています.
• 既存のSnベースのABは,まだ簡単で高性能な操作を達成していません.

研究 の 目的:

• アルカリ性Snアノドの高度な可逆性のあるスタニットイオン電気化学を実証する.
• 高エネルギーSnベースの水性電池の新しいパラダイムを構築する.
• ABの現在のSnアノドの限界を克服するために.

主な方法:

• 表面化学と反応産物を分析するために,光学特性 (XPS,Ramanなど) を用いる.
• サイクルボルトメトリー,ガルバノスタティックサイクル,速度能力試験を含む電気化学的評価.
• 反応機構とエネルギーバリアを調査するための理論的計算 (例えば,DFT).

主要な成果:

• 低反応エネルギーバリアと実行可能なH2Oの参加を持つ可逆的なスタニットイオン電気化学を達成した.
• 低ポテンシャル (-1.07 V vs Hg/HgO),高特異容量 (450 mA hg-1),100%近くのクーロンビック効率を持つアルカリ性Snアノードを開発した.
• 卓越した速度能力 (45.5 A g-1) と,デンドライトや死んだSn形成なしのサイクル耐久性を実証した.
• 高エネルギーSn基のABは1.45VSn-Ni (314W/kg-1) と1.0VSn-air (420W/kg-1) で構成されている.

結論:

• 高性能水性バッテリーのアルカリ性Sn金属アノドの実現可能性は証明されています.
• 開発されたスタニットイオン化学は熱力学と運動学的利点を提供します.
• 新しい高エネルギーSnベースの水性電池は,安全で信頼性があり,手頃な価格のエネルギー貯蔵の代替手段を提供します.