采用电解液的氟化物穿梭蓄电池的电极反应机理的实证研究

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摘要：蓄电池技术是实现可持续清洁能源社会的一项关键技术，其中氟化物穿梭蓄电池技术作为一项创新蓄电池技术备受瞩目。氟化物穿梭蓄电池活性物质的单位重量/体积的理论容量较高，同时化学稳定性也相对较高，因此有望超越现有锂电池，发展出能量密度更高的创新储能电池。

关键字：氟化物穿梭蓄电池、电极反应机理、电解液、蓄电池技术、创新蓄电池

概要

蓄电池技术是实现可持续清洁能源社会的一项关键技术，其中氟化物穿梭蓄电池（Fluoride Shuttle Battery，简称“FSB”）技术作为一项创新蓄电池技术备受瞩目，其性能有望超越目前的锂离子电池。

研究小组在电极反应的进行过程中，用原子力显微镜测量了电极/电解液界面结构的变化，对FSB的电极反应进行了实证研究。该FSB采用可以在室温下充放电的电解液，其电极反应基于两种不同的氟化/脱氟反应模型（机理）。实证表明，在“直接反应”模型中，伴随氟化反应，活性金属物质体积膨胀，导致龟裂，该龟裂不仅在表面扩散，还会使反应朝垂直方向发展；而在“溶解-析出反应”模型中，溶解的金属离子与氟化物离子反应，随后在电极上的任意位置形成晶核（金属氟化物），导致大的晶体生长。

未来，对于可在室温下工作的电解液基FSB的开发，提升其正负两极的固/液界面的充放电反应的可逆性将是重大课题。本研究成果为设计活性物质结构、电解液成分和电极/电解液界面结构提供了指导，有助于提升可逆性，有望为未来提升电解液基FSB的性能作出重大贡献。