全球能源危机日趋严重,生态环境日益恶化,开发清洁、可再生能源已成为当务之急。人们将目光投向风能、太阳能等绿色可再生能源,但这些能源的利用具有随机性和可变性,难以控制,且存储运输很不方便。在各种电能储存技术中,可充电电池是效率最高、最简单和最可靠的电能转化与储存装置,开发高效清洁的可充电电池对新能源利用具有重要意义。我们与美国乔治华盛顿大学合作,采用镍基空气阴极和铁阳极,以730℃熔融碳酸锂为电解质,首创了一种全新体系、全新原理的新概念电池—可充熔盐铁空气电池^[1]。作为电池低温运行更具有实用性,将电解质由原来的熔融Li₂CO₃拓展至熔点较低的熔融混合碳酸盐Li_0.87Na_0.63K_0.50CO₃新体系,电池工作温度由原来的730℃降至600℃^[2]。为了进一步降低电池工作温度,采用KCl-LiCl-LiOH为电解质,构建了可充熔盐Fe-空气电池新体系,500℃下连续充放电60次,电压效率为86%左右,库仑效率为60%以上,并探索了该电池的工作原理,与以熔融Li₂CO₃为电解质的Fe-空气电池比,电池工作温度降低了230℃^[3]。将空气电极由原来的圆筒式改进为翅片式设计,显著提高了空气电极OER/ORR动力学,在500℃下实现了80个充放电循环,放电电压平台在1.04 V左右,电流效率高达93.4%^[4]。进一步研究发现,电解质中LiCl是影响电池性能的关键因素,深入研究了空气电极腐蚀机理^[5]。O^2-在氯化物熔盐中溶解度相对较低,为此采用Li_0.87Na_0.63K_0.50CO₃替代电解质KCl-LiCl-LiOH中的KCl-LiCl形成新的电解质体系,研究证实镍空气电极在充放电的最初几个循环中形成了粒径在100-300 nm的具有催化ORR/OER功能的氧化镍电催化剂,500℃下电池稳定运行了450个循环,放电电压平台在1.08 V左右,电流效率接近100%,实现了电池长寿命高效率运行^[6]。可充熔盐铁空气电池可以直接在空气环境下工作,空气中的水分子对电池性能影响微乎其微,不需要特殊的贵金属催化剂来促进ORR和OER,无需任何电池隔膜,电池构造简单,能量密度高、成本低、安全、无污染、放电电压平稳,在未来能源存储应用中极具发展前景,有望成为一代新型绿色高能可充金属空气电池。