近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋团队与研究员傅强团队合作，在卤素水系电池研究方面取得新进展，开发了一种基于溴和碘元素的多电子转移正极，为高能量密度水系电池的设计提供了新思路。相关成果于近日发表在《自然-能源》（Nature Energy）上。
溴-碘卤素化合物构建的多电子转移正极。大连化物所供图
能量密度和安全性是衡量二次电池的重要标准。传统的非水系锂离子电池尽管具有高的能量密度，但其采用的有机电解液易燃，安全性问题难以保障。水系电池采用水作为溶剂，具有安全性。然而，水系电池的能量密度一般较低，单位体积内的电池储存的电量较少。
本工作中，李先锋团队使用碘离子和溴离子混合卤素溶液作为电解液，构建了碘离子（I-）到碘单质（I2）进而到碘酸根（IO3-）的多电子转移反应。其开发的多电子转移正极比容量达840安时/升，该正极与金属镉组成全电池，基于正极侧的能量密度超过1200 瓦时/升。优化后的电解液，溴化物充当了氧化还原的“桥梁”，大幅度提高了电池的效率和反应速率。
该研究有望拓宽高能量密度水系电池的研究途径，为高能量密度水系电池的设计提供一种新思路。此外，该研究还拓展了水系电池的应用范围，有望应用在动力电池等领域，为环境保护和能源结构升级提供技术保障。