Angew. Chem. ：超快H2O2自充水系锌电池

自充电能源系统集成了能量转换装置与电池于一体，可将环境中的能量（太阳能、机械能、热能等）转化为电能并储存在电池中，在无外部电源充电的情况下实现持续的能量供应。但是，这些系统的能量来源具有间歇性、不可预测性和不稳定性，限制了其在特殊环境或特定时期内的可用性。集化学能转换和存储于一体的化学自充电电池是一种极具发展前景的离网电源系统。然而，常规的空气自充电电池受限于正极活性材料与氧气之间热力学不利和动力学缓慢的氧化还原反应，其充电时间较长，无法提供及时、不间断的能源供应，并且，在无氧环境中，空气自充电电池的使用受到了极大的限制。因此，开发一种快速自充电并且在各种使用场景下提供持续能量供应的化学自充电体系具有重要意义。

基于此，本工作提出了一种非氧气依赖型的H₂O₂快速自充电水系Zn/NaFeFe(CN)₆电池。通过放电态NaFeFe(CN)₆正极与H₂O₂之间自发的氧化还原反应，将H₂O₂中的化学能转化为电能并储存在电池中。H₂O₂较高的电极电势使其与放电态正极之间的电势差ΔE较大，从而增强了氧化还原反应的驱动力，并且H₂O₂的二电子还原反应具有快速的还原动力学，放电态正极与H₂O₂之间固液两相的氧化还原反应利于界面快速传质和电荷传递。因此，二者之间的氧化还原反应具有较快的反应动力学，提升了H₂O₂自充电速率，大大缩短了其自充电时间，完全放电的Zn/NaFeFe(CN)₆电池在一分钟内即可自充电至1.7 V。

由于H₂O₂快速自充电的速率远大于常规的放电速率，在放电过程中，电池中的H₂O₂将迅速地氧化放电态正极至其充电状态，储存在H₂O₂分子中的化学能持续地转化为储存在电池体系中的电能，并及时地补偿放电过程中的电能消耗，因此，该电池体系可以持续稳定放电，含有3 wt% H₂O₂的Zn/NaFeFe(CN)₆电池可展现出915.4 mAh g^-1的高放电比容量。

此外，该体系可设计为半流动式电池结构，从而扩展自充电电池储存的能量。单流动的H₂O₂自充电Zn/NaFeFe(CN)₆电池的能量和功率相互解耦、容量可调并且电压输出稳定，单体电池可提供404 mAh的高容量和8.08 Ah L^-1的体积比容量。最终构建了大尺寸（20×20 cm²）的半流动单体电池，其可在11.4分钟内快速自充电至1.71 V，并展现出7.06 Ah的超高容量，在大规模储能领域具有较大的应用潜力。

论文信息

A H₂O₂ Self-Charging Zinc Battery with Ultrafast Power Generation and Storage

Yan Zhang, Yang Hu, Huimin Wang, Jinlei Tian, Prof. Zhiqiang Niu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202405166