《Nature Communications》：An open decoupled cell design achieving electricity generation and amplification through waste-to-energy conversion
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传统闭式电池受限于η≤100%，储能即亏损。作者提出开放解耦电池（ODB）“3E”策略，以废水中NH为CPE、Zn为负极、ORR为DPE，耦合ERED，实现η 375%，20 Ah级系统稳定循环1000次，成本与碳排均降80%，为“电能放大”奠定新范式。
当“充多少、放多少”成为电池世界的铁律，储能系统便注定是一场“亏损买卖”。传统闭式储能装置（ESS）因物质隔绝，电化学能效（η）理论上限锁死100%，每一次充放循环都在“割肉”。与此同时，全球每年亿吨级含肼（NH）工业废水亟待无害化处理，其强还原性却恰是低电位充电的“免费午餐”。一边是能量贬值，一边是资源浪费，能否打破“零和游戏”，让电池在净化废水的同时“凭空”多输出电能？Zheng Zhiyang与Zhou Guangmin团队发表于《Nature Communications》的研究，用一只η最高达445%的开放解耦电池（Open Decoupled Battery, ODB）给出了肯定答案。
研究人员首先提出“三电极动力学电位”（3E）框架：高放电电压（E）由锌氧化耦合氧还原反应（ORR）提供；低充电电压（E）由锌沉积耦合废水中肼氧化反应（HzOR）实现；反向电渗电位（E）则借1 M与6 M KOH浓度差通过阳离子交换膜（CEM）叠加，进一步抬高放电电压。三者协同，使U > U，从而突破η 100%天花板。
为验证该思路，团队设计流动式电解池：锌负极与Co/NF催化HzOR电极共处6 M KOH+饱和ZnO+0.5 M NH阳极液；Pt/C催化ORR电极位于1 M KOH阴极液；中间以CEM分隔。DFT计算与原位拉曼揭示，NH的亲核位点优先吸附于Zn表面，抑制“腐蚀三部曲”——水分子解离、析氢反应（HER）与Zn溶解，使锌利用率从常规<10%跃升至56.7%，容量提高4倍。
电化学测试显示，该ODB在300 mA cm快充、20 mA cm慢放条件下稳定循环1000圈，初始η 138%；10 mA cm慢充时η高达375%。11×11 cm放大单元实现20 Ah级容量，连续运行18天不衰减。Techno-economic分析指出，储存1 MWh电能，ODB所需外购电量成本与碳排放仅为锂离子电池的约20%；同时废水中NH处理成本由传统氧化剂36.4 USD m降至5.3 USD m，碳足迹仅12.7 kg CO eq MWh，优于光伏与风电。
关键技术方法：
三电极动力学电位（3E）框架设计
流动式解耦电解池与阳离子交换膜（CEM）构建
线性扫描伏安（LSV）与计时安培法评估ORR/HzOR兼容性
Tafel曲线与DFT计算解析NH抑制锌腐蚀机制
原位拉曼光谱追踪界面水结构变化
20 Ah级放大系统长循环测试与Techno-economic及生命周期碳排放评估
研究结果：
Determination of decoupled components of ODB
通过ORR与HzOR冲突实验、Pourbaix图及不同KOH浓度筛选，确定1 M KOH为ORR最优阴极液，6 M KOH+饱和ZnO+0.5 M NH为阳极液；CEM可引入+0.059 V级E，使Zn-ORR放电电压达1.49 V，η全线>300%。
Revelation of corrosion inhibition mechanism
DFT表明NH吸附能?0.42 eV，高于水分子?0.29 eV，可重构Zn表面电荷分布，提高水裂解能垒、HER过电位及Zn原子剥离能，腐蚀电流下降77.5%；原位拉曼证实界面水有序结构被抑制，锌表面保持平整。
ODB system performance
300 mA cm快充下1000圈容量保持10 mAh cm，η 138%；100 mA cm快充下1000 h运行，锌利用率56.7%；0 °C低温仍维持η>100%。20 Ah级模块18天稳定输出，证实放大可行性。
Economic and environmental benefits of ODB
全ODB系统可替代光伏-锂电组合，减少84.7%碳排；与天然气发电耦合亦可降排63.7%，并实现废水处理盈利，突破传统ESS“成本+排放”双高困境。
结论与讨论
该研究以“电能放大”新范式重塑储能逻辑：通过开放系统引入废水中化学能，借助3E策略与腐蚀抑制机制，首次实现>300%的实用级η，兼顾低成本、长寿命与负碳排。作者亦构建酸式ODB，η高达665%，验证策略普适性。未来规模化生产有望让“电池厂”升级为“发电厂+净水厂”，为可再生能源与循环经济提供一体化解决方案。
