来源：水系能源
全文摘要
自充电电源系统被认为是离网能源设备提供持续电力供应的有前途的替代方案。然而，传统的自充电系统受到能源可用性和耗时的充电过程以及容量不足的严重限制。在此，南开大学牛志强研究员团队开发了一种超快的H2O2自充电水系Zn/NaFeFe(CN)6电池，该电池同时将H2O2发电和储能集成到电池配置中。在这种电池中，H2O2的化学能转换可以通过H2O2和NaFeFe(CN)6阴极之间的氧化还原反应产生电能，使电池自充电至1.7 V。热力学和动力学上有利的氧化还原反应有助于超快的H2O2自充电速率和60秒内极短的自充电时间。此外，快速的H2O2发电可以及时补偿电池的能量消耗，提供持续的电力供应。令人印象深刻的是，这种自充电电池显示出出色的设备架构可扩展性，可以设计为7.06 Ah的H2O2单流电池，以延长长期能源供应。这项工作不仅为设计高倍率、高容量的自充电电池提供了一条路线，而且推动了面向先进大规模储能应用的自充电电源系统的发展。
图文速递
图1
Zn/NaFeFe(CN)6电池在(a)充电过程和(b)H2O2自充电过程中的工作机理示意图。
图2：Zn/NaFeFe(CN)6电池的恒流充放电及H2O2自充电机理
a)氧化还原反应机理示意图。b)Na1+xFeFe(CN)6在有或没有H2O2作用下的态密度。灰色虚线表示费米能级的位置。c)Na1+xFeFe(CN)6与H2O2的差分电荷密度分析。黄色和青色区域分别代表电荷积累和消耗。d)0.1 A g-1下的放电/充电曲线。(e)Fe 2p和(f)Na 1s对应的XPS谱图，(g)XRD谱图，(h)不同状态下的拉曼光谱。i)不同状态下H2O2-Ti(IV)络合物溶液的紫外-可见光谱(插图为H2O2-Ti(IV)络合物溶液的数码照片)。
图3：Zn/NaFeFe(CN)6电池的超快自充电性能
a)不同H2O2浓度下自充电过程的电压-时间曲线。H2O2浓度对(b)自充电时间和(c)OCV的影响。d)H2O2和O2自充电过程的能级跃迁图。e)H2O2自充电、动力充电和空气自充电的电压-时间曲线。f)H2O2自充电电池与其他先前报道的化学自充电系统的自充电时间比较。g)固液界面氧化还原反应及H2O2扩散示意图。(h)NaFeFe(CN)6电极在不同H2O2浓度下在5 mV s-1下的CV曲线和(i)在0.05 wt% H2O2溶液中不同扫描速率下的CV曲线。
图4：自充电后的放电性能
a)不同H2O2浓度下H2O2自充电电池在1 A g-1下的放电曲线。b)放电容量与H2O2浓度的相关性。c)H2O2自充电电池与其他先前报道的化学自充电系统的放电容量比较。d)1 wt% H2O2自充电电池在不同电流密度下的放电曲线(附图为相应的电压-时间曲线)。e)间歇向电池中加入0.5 wt% H2O2的自充放电性能。f)双充电模式下的充电/放电行为。g)电池组并联和串联时的H2O2自充放电性能。由三节单体电池串联供电的(h)手机和手电筒、(i)LED阵列。
图5：单流H2O2自充电电池的性能
a)工作原理示意图。b)3 mL 3 wt% H2O2的静态电池和不同H2O2含量的单流电池的放电曲线。c)不同H2O2含量的单液流电池的容量、能量和功率比较。d)50 mL 0.5 wt% H2O2在1 A g-1下的自充放电循环性能。e)在不同电流密度下的速率能力。f)光学照片，(g)自充电过程的电压-时间曲线，(h)实验规模单液流电池放电曲线。
研究结论
综上所述，研究人员开发了一种超快速的H2O2自充电水系Zn/NaFeFe(CN)6电池，其中H2O2可以快速为耗尽电池提供1.7 V的完全充电状态。在这种H2O2自充电电池中，H2O2的化学能通过H2O2氧化Na1+xFeFe(CN)6阴极，直接转化为电能，同时储存在电池中。得益于Na1+xFeFe(CN)6与H2O2氧化还原反应的高氧化还原电位差和优异的反应活性，该电池具有超快的发电能量转化率和极短的H2O2自充电时间(60秒)。因此，快速的H2O2发电可以及时补偿放电过程中的能量消耗，实现同时放电和自充电过程，实现持续的长期能源供应。此外，独特的H2O2自充电模式使这些电池具有出色的架构可扩展性和环境适应性，可以适应不同的使用场景。Zn/NaFeFe(CN)6电池可以扩展到7.06 Ah的H2O2单流电池，持续稳定地产生更多的电能，在分布式大规模储能方面具有很大的应用潜力。这项工作拓宽了自供电系统的视野，为设计具有快速充电能力和高存储容量的储能系统铺平了道路。
原文链接
An H2O2 Self-Charging Zinc Battery with Ultrafast Power Generation and Storage
Yan Zhang，Yang Hu，Huimin Wang，Jinlei Tian，Zhiqiang Niu*
https://doi.org/10.1002/anie.202405166
