An Ultra‐Low Self‐Discharge Aqueous|Organic Membraneless Battery with Minimized Br2 Cross‐Over

电解质 自放电 电池(电) 流动电池 溶解 水溶液 法拉第效率 容量损失 化学工程 材料科学 无机化学 化学 电极 有机化学 功率(物理) 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Han Yang,Shiyu Lin,Yunpeng Qu,Guotao Wang,Shuangfei Xiang,Fuzhu Liu,Chao Wang,Hao Tang,Di Wang,Zhoulu Wang,Xiang Liu,Yi Zhang,Yutong Wu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (7): e2307780-e2307780 被引量:20
标识
DOI:10.1002/advs.202307780
摘要

Batteries dissolving active materials in liquids possess safety and size advantages compared to solid-based batteries, yet the intrinsic liquid properties lead to material cross-over induced self-discharge both during cycling and idle when the electrolytes are in contact, thus highly efficient and cost-effective solutions to minimize cross-over are in high demand. An ultra-low self-discharge aqueous|organic membraneless battery using dichloromethane (CH2 Cl2 ) and tetrabutylammonium bromide (TBABr) added to a zinc bromide (ZnBr2 ) solution as the electrolyte is demonstrated. The polybromide is confined in the organic phase, and bromine (Br2 ) diffusion-induced self-discharge is minimized. At 90% state of charge (SOC), the membraneless ZnBr2 |TBABr (Z|T) battery shows an open circuit voltage (OCV) drop of only 42 mV after 120 days, 152 times longer than the ZnBr2 battery, and superior to 102 previous reports from all types of liquid active material batteries. The 120-day capacity retention of 95.5% is higher than commercial zinc-nickel (Zn-Ni) batteries and vanadium redox flow batteries (VRFB, electrolytes stored separately) and close to lithium-ion (Li-ion) batteries. Z|T achieves >500 cycles (2670 h, 0.5 m electrolyte, 250 folds of membraneless ZnBr2 battery) with ≈100% Coulombic efficiency (CE). The simple and cost-effective design of Z|T provides a conceptual inspiration to regulate material cross-over in liquid-based batteries to realize extended operation.
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