采用铁金属负极的水系电池是一种安全、低成本的固定式储能技术。铁能够提供高比容量和体积容量，但其商业化可行性受到竞争性副反应和低库仑效率的限制。
在此，美国斯坦福大学崔屹团队探讨了在铁电解液中使用聚乙二醇（PEG）作为拥挤剂以抑制竞争性的析氢反应（HER）并提高铁沉积/剥离效率的可行性。研究表明，在1mol浓度的铁电解液中，使用60% PEG/40% H2O作为溶剂，与由100% H2O组成的对照溶剂相比，可以在Fe||Cu半电池中实现更高的库仑效率，并在Fe||Fe对称电池中使循环寿命延长两倍以上。此外，作者发现60% PEG电解液在循环过程中使氢气生成量减少了近10倍。
图1. 不同PEG含量的电解液中的电化学性能
总之，该工作将分子拥挤策略应用于铁金属负极，发现添加PEG能够增强水分子内的O-H键，提高铁负极效率，抑制析氢反应（HER），并实现更结晶化且更紧凑的铁成核与生长。
本工作证明了在基于沉积/剥离机制运行的铁金属负极的电解液中，拥挤剂的有效性。因此，未来的研究应专注于微调共溶剂，以实现更高的离子导电性，这将有助于降低过电位并提高阳离子的迁移率。还应探索电解液盐阴离子对铁效率和形貌的影响。优化这些电解液组分的化学性质，将有助于以低成本进一步提升铁金属负极的性能。
图2. 氢气析出与溶剂化成分
Crowding Agent Stabilizes Aqueous Electrolyte for Reversible Iron Metal Anode, ACS Energy Letters 2025 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c03268
崔屹，纳米材料科学家，美国国家科学院院士，斯坦福大学终身教授、博士生导师。1998年在中国科学技术大学获理学学士学位；2002年在美国哈佛大学获博士学位；2003年在加州大学伯克利分校从事博士后研究。29岁入职斯坦福大学，44岁成为斯坦福能源研究所的首位华裔主任。主要研究内容为纳米材料在能量存储、光伏器件、拓扑绝缘体、生物及环境等方向的应用。崔屹教授2005年进入斯坦福任教，19年来，在他的斯坦福实验室受训的博士已经超过160位，培养出了超过90位教授，遍布世界名校。
