自充電能源系統(tǒng)集成了能量轉換裝置與電池于一體，可將環(huán)境中的能量（太陽能、機械能、熱能等）轉化為電能并儲存在電池中，在無外部電源充電的情況下實現(xiàn)持續(xù)的能量供應。但是，這些系統(tǒng)的能量來源具有間歇性、不可預測性和不穩(wěn)定性，限制了其在特殊環(huán)境或特定時期內(nèi)的可用性。集化學能轉換和存儲于一體的化學自充電電池是一種極具發(fā)展前景的離網(wǎng)電源系統(tǒng)。然而，常規(guī)的空氣自充電電池受限于正極活性材料與氧氣之間熱力學不利和動力學緩慢的氧化還原反應，其充電時間較長，無法提供及時、不間斷的能源供應，并且，在無氧環(huán)境中，空氣自充電電池的使用受到了極大的限制。因此，開發(fā)一種快速自充電并且在各種使用場景下提供持續(xù)能量供應的化學自充電體系具有重要意義。
基于此，本工作提出了一種非氧氣依賴型的H2O2快速自充電水系Zn/NaFeFe(CN)6電池。通過放電態(tài)NaFeFe(CN)6正極與H2O2之間自發(fā)的氧化還原反應，將H2O2中的化學能轉化為電能并儲存在電池中。H2O2較高的電極電勢使其與放電態(tài)正極之間的電勢差ΔE較大，從而增強了氧化還原反應的驅動力，并且H2O2的二電子還原反應具有快速的還原動力學，放電態(tài)正極與H2O2之間固液兩相的氧化還原反應利于界面快速傳質和電荷傳遞。因此，二者之間的氧化還原反應具有較快的反應動力學，提升了H2O2自充電速率，大大縮短了其自充電時間，完全放電的Zn/NaFeFe(CN)6電池在一分鐘內(nèi)即可自充電至1.7 V。
由于H2O2快速自充電的速率遠大于常規(guī)的放電速率，在放電過程中，電池中的H2O2將迅速地氧化放電態(tài)正極至其充電狀態(tài)，儲存在H2O2分子中的化學能持續(xù)地轉化為儲存在電池體系中的電能，并及時地補償放電過程中的電能消耗，因此，該電池體系可以持續(xù)穩(wěn)定放電，含有3 wt% H2O2的Zn/NaFeFe(CN)6電池可展現(xiàn)出915.4 mAh g-1的高放電比容量。 此外，該體系可設計為半流動式電池結構，從而擴展自充電電池儲存的能量。單流動的H2O2自充電Zn/NaFeFe(CN)6電池的能量和功率相互解耦、容量可調(diào)并且電壓輸出穩(wěn)定，單體電池可提供404 mAh的高容量和8.08 Ah L-1的體積比容量。最終構建了大尺寸（20×20 cm2）的半流動單體電池，其可在11.4分鐘內(nèi)快速自充電至1.71 V，并展現(xiàn)出7.06 Ah的超高容量，在大規(guī)模儲能領域具有較大的應用潛力。 論文信息 A H2O2 Self-Charging Zinc Battery with Ultrafast Power Generation and Storage Yan Zhang, Yang Hu, Huimin Wang, Jinlei Tian, Prof. Zhiqiang Niu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202405166
