水系锡离子电池，作为一种新兴电池储能技术，主要利用Sn的高析氢电位和可溶性高价离子形态，即使在酸性水系环境中也具有较低的氧化还原电位。基于Sn²⁺/Sn对电势0.14 V的高理论容量451.6 mAh/g以及Sn的高析氢过电位，使得Sn成为水系电池的理想负极之一。

本成果的Sn负极不是传统意义上的Sn金属，而是将Sn原子限域在钒氧化物的晶格中，使得Sn在负极的沉积行为变成了嵌入行为。这是利用Sn²⁺在钒氧化物中更大的迁移能垒，阻碍了Sn的成核生长。因此，在充放电过程中，不会出现Sn的大颗粒生长。

锡离子电池嵌入式储能机理

锡离子电池负极电极材料制备

技术优势

作为一种锂离子电池替代技术，其具有成本低廉，无毒安全，易于回收等优点。传统锡负极应用的锡金属一般呈现出体心四方相，因此在放电过程中容易以多面体形态沉积，而在锡晶体颗粒成核生长过程中，容易从电极表面脱落而形成死锡，进而持续降低电池的循环性能。本成果将Sn原子限域在钒氧化物的晶格中，使得Sn在负极的沉积行为变成了嵌入行为。利用Sn的嵌入抑制了锡的成核生长以及电极脱落。从而可以实现锡离子电池的大容量、快充放和长循环。

场景应用

全球低碳智能社会的高速发展诉求多样化电池技术以适用多种储能场景，目前商业化最为成功的是锂离子电池储能技术，由于其价格高昂及存在的安全隐患，在大规模储能上仍存在诸多挑战。当前急需廉价、安全和持久的大规模储能技术。锡离子电池因其成本低廉，无毒安全，易于回收等优点，可广泛应用于大规模储能。例如风能、太阳能等间歇性可再生能源存储；智能电网基站；智能社区、家庭一站式储能等。

低成本、高回收水系锡离子电池实物照片