中科院北京纳米能源所杨军&北航胡明俊ESM：天然低腐蚀性植酸电解质实现绿色、超快、稳定的高压水系质子电池

第一作者：郝宇鑫

通讯作者：胡明俊*，杨军*

单位：中国科学院北京纳米能源与系统研究所

水系质子电池具有超快倍率性能和高比容量的优点，然而常用的质子电池电解质通常是硫酸、磷酸等强腐蚀性酸性溶液，引起电极溶解和析氢等严重副反应，限制了全电池的电压窗口、能量密度和循环寿命。此外，大规模使用和排放不可降解的强酸可能会对环境带来负面影响。因此，迫切需要开发一种绿色、低成本、低腐蚀性、耐高电压的电解质，以最大限度地发挥质子电池的优势。

近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所杨军研究员、北京航空航天大学胡明俊副教授团队合作在Energy Storage Materials上发表题为“Natural low corrosive phytic acid electrolytes enable green, ultrafast, stable and high-voltage aqueous proton battery”的文章。植酸（phytic acid）是一种从植物种子中提取的天然丰富、无毒的有机磷化合物，作为抗氧化剂、防腐剂、金属防腐剂在食品、金属、纺织等行业已得到广泛应用。此外，PA已被临床证明可以缓解糖尿病，降低心血管疾病的风险，并作为癌症的辅助治疗，显示出绿色、可食用和可降解的特征。该研究系统地研究了不同浓度植酸电解质在质子电池中的电化学性质和应用，高浓度植酸在显著提高电池电化学性能的同时，也展现出与传统电池制造工艺良好的兼容性，将进一步推进水系质子电池的实际应用。

1.高浓度植酸（PA）电解质，如PA70(含70 wt% PA的水溶液），对金属和金属部件的腐蚀性低，具有宽的电压窗口（~2.9 V）和高的离子电导率（133.3 mS cm^-1），确保其作为质子电池电解质的巨大潜力。

2.三氧化钼电极在PA70中展现出高的比容量（227 mAh g^-1 在0.1 A g^-1电流密度下），杰出的倍率性能（163 mAh g^-1 在40 A g^-1电流密度下），在不同的电流密度下库伦效率均接近100%，以及优秀的循环稳定性（5 A g^-1下1000圈后90% 的容量保持率）。

3.分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算表明，高浓度PA电解质中游离水的缺乏和电极表面优先吸收PA界面层的脱溶作用协同抑制了电解液中水的活性，从而抑制了电极溶解和副反应发生，进而实现质子电池良好的循环稳定性和接近100%的库仑效率。

4.组装的VHCF//MoO₃扣式质子电池具有一对接近1.4 V的氧化还原峰，良好的倍率性能，优异的循环稳定性，在不同电流密度下均具有接近100%的库仑效率以及可观的低温性能（-60 ℃）。扣式全电池优越的电化学性能与软包全电池的尝试均表明PA电解质可用于传统的金属包装电池，能够与传统的电池制造技术兼容。

Natural low corrosive phytic acid electrolytes enable green, ultrafast, stable and high-voltage aqueous proton battery