吴先勇​JACS：三价金属铟实现水系电池的高容量、高效率、低极化

使用多价金属的水系电池由于其低成本、高能量和高安全性而在能源储存方面具有广阔的前景。目前，二价金属（锌、铁、镍和锰）是主要选择，与此形成鲜明对比的三价金属尽管能够引发独特的氧化还原反应，却很少受到关注。

在此，美国波多黎各大学化学系的吴先勇团队研究了三价水系铟金属电池。作者发现，三电子 In³⁺/In 氧化还原赋予了~700 mAh g^-1 的高比容量。同时，铟具有合适的氧化还原电位和无枝晶电沉积过程，实现了99.3-99.8% 的超高库伦效率。

更令人惊讶的是，铟在对称电池中仅具有 ~1 mV 的超低极化，比任何报道的金属低 1-2 个数量级；对称电池也具有1600小时的长循环性能。当与MnO₂正极匹配时，全电池表现出~1.2 V电压，~330 mAh g^-1的高比容量，和长达680次的循环寿命。

图1. 水系电池的工作原理

总之，该工作提出了铟金属作为水系三价电池的新型负极材料，该金属表现出卓越的电化学性能，包括高容量(∼700 mAh g^-1)、超低极化(∼1 mV)、长循环寿命(1600 h)和高沉积效率(99.3-99.8%)。这种优异的性能与其合适的氧化还原电位以及大颗粒、密集且无枝晶的沉积形貌有关。

当用MnO₂作为正极组装In-MnO₂电池时，该电池提供了∼1.2V的电压，在1000mA g^-1时的高倍率能力，以及680圈的长循环寿命。这些优异的结果为建造高性能水性多价金属电池开辟了新的道路。

图2. 电池性能

Trivalent Indium Metal as a High-Capacity, High-Efficiency, Low-Polarization, and Long-Cycling Anode for Aqueous Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c08677