水系電池由于具備本質安全、低成本、環保的特點，有望在未來大規模儲能中實現應用，但是水系電池固有的瓶頸——負極界面的析氫問題嚴重限制了水系電池的壽命。電解質界面中間相(SEI)可以從動力學上抑制析氫反應，而傳統的陰離子還原形成SEI高度依賴于高濃度的有機含氟鹽(LiTFSI)，受制于電解液傳質以及負極負電荷排斥，導致依賴鹽陰離子構建的SEI形成效率低且消耗時間長，并會顯著增加電池極化。擺脫SEI構建對電解液的高度依賴，提高SEI形成效率，并降低SEI帶來的電池極化，對延長水系電池的使用壽命方面起著至關重要的作用。
 

　　基于此，近日，來自中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心索鎏敏研究員團隊博士生劉秉航和馬錦濤提出了一種氟化碳雙功能電極添加劑(BFEA)。氟化碳作為電極添加劑不受電解液傳質以及負極電荷排斥的影響，同時具有高達2.4 V vs Li/Li+ 的還原電位，保證了其優先還原以及極高的SEI形成效率。氟化碳還原形成LiF以及碳，前者作為非鹽依賴構建的SEI主要成分可以有效抑制水系電池析氫，延壽水系電池，10m LiTFSI體系全電池下析氫速率從11.24降低到4.35 nmol/min，0.5Ah電池300圈容量保持率從53%提高到78.2%；碳副產物改善了電極導電網絡，進而降低了整體極化，0.5Ah電池300圈能量效率提高4%。該添加劑兼容性強，不依賴于電解液，可在無機水系電解液如LiCl溶液中實現LiF SEI的構建，擺脫對LiTFSI等大陰離子鹽構建SEI保護的依賴，同時有利于降低電池極化，提高能量效率，預期可有效避免規模儲能系統產熱帶來的安全風險和大幅降低散熱系統成本。
 

　　該工作以“Bifunctional Fluorocarbon Electrode Additive Lowers the Salt Dependence of Aqueous Electrolytes”為題目，發表在Advanced Materials上(https://doi.org/10.1002/adma.202413573)，文章通訊作者：索鎏敏研究員，第一作者：劉秉航、馬錦濤。該研究工作受到了中國科學院青年交叉團隊，清潔能源實驗室，北京清潔能源前沿研究中心，懷柔清潔能源材料測試診斷與研發平臺以及溧陽長三角物理研究中心的大力支持。
 

圖 BFEA添加劑形成SEI的機制及SEI對副反應的抑制作用。