锡 (Sn) 因其良好的容量 (452 mAh g-1)、合适的氧化还原电位 (-0.14 V vs. SHE) 和无毒性而受到水性金属电池的关注。但是锡盐易发生水解副反应，严重制约了Sn金属电池的发展。加入2-3 M H2SO4来抑制SnSO4的水解是常用做法，但是强酸性电解液不可避免的带来了Sn金属的腐蚀造成低效率和短的循环寿命。
近日，美国波多黎各大学吴先勇教授团队介绍了一种新型低酸性SnCl2电解液用于水系锡金属电池。这种电解液显著减少了使用强酸导致的电极腐蚀问题，确保了锡金属在电池中的稳定性与高效可逆性。在1 mA cm-2常规测试条件下，镀锡效率高达99.97%，并且在不同的苛刻条件下，包括低电流、高容量以及长时间存储下，效率仍保持在99.23%至99.93%之间。相比于传统的强酸电解液体系，该体系大幅延长了电池寿命，最长达到3064小时。此外，本文还提出了一种有效方法，避免锡在正极发生氧化，从而实现了长循环的Sn||LiMn₂O₄混合电池。这项研究为开发高可逆性和稳定性的水系锡金属电池提供了重要的见解。
图1.Sn金属在强酸电解液体系不稳定
图2. Sn金属在低酸性SnCl2电解液中可以避免腐蚀
SEM结果显示Sn金属在强酸电解液中腐蚀严重而在SnCl2电解液中可以长期稳定存在。
图3.Sn负极实现低极化，高效率和长循环寿命
Sn负极在对称电池中实现了低极化和高倍率的性能，在Sn||Cu不对称电池中在1 mA cm-2实现了99.97%的效率和超过3000小时的循环寿命，这远超其他在强酸中的Sn负极性能。
图4. Sn||LiMn2O4全电池的性能
通过简单的盐桥可以克服潜在的 Sn2+ /Sn4+ 氧化问题，从而实现构建高电压和长循环的Sn 金属全电池。该工作代表了高性能 Sn 金属电池在储能方面的重大进步。
论文信息
A Low-Acidity Chloride Electrolyte Enables Exceptional Reversibility and Stability in Aqueous Tin Metal Batteries
Songyang Chang, Wentao Hou, Angelica Del Valle-Perez, Irfan Ullah, Shen Qiu, Jeileen Luciano Rodriguez, Liz M. Díaz-Vázquez, Lisandro Cunci, Gerardo Morell, Xianyong Wu
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202414346
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