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“摇椅型”铵离子电池:一种新型储能电池的尝试

开发利用太阳能、风能等清洁能源,是解决能源危机、缓解环境污染及构建新型能源社会的关键步骤。但是,由于地域性、间歇性、波动性等因素限制,这些清洁能源难以直接并入电网以供社会使用,因此,开发一套廉价高效的规模储能系统(如二次电池等),是实现清洁能源有效利用的重要保障。

水溶液可充二次电池因其潜在的低成本、安全、高功率、环境友好等优点,被认为是极具应用前景的储能型电池。目前,水溶液电池主要采用金属离子如Li+,Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Al3+和Zn2+等作为载流子,通过正负极材料之间的电化学嵌脱反应,实现电能的可逆储存与释放。但是,非金属离子如H3O+和NH4+作为载流子,却鲜为人关注。实际上,我们同样可以利用H3O+、NH4+等离子作为载流子,构建新型的水系二次电池。而且,相比于传统的金属离子,这些非金属离子有机会在离子传输、固相扩散等方面,存在着独特和有趣的化学性质。鉴于此,俄勒冈州立大学的纪秀磊课题组最近利用普鲁士白作为嵌铵正极,有机分子固体作为嵌铵负极,1mol L-1的硫酸铵作为电解液,测试了新型的水溶液铵离子电池的电化学可行性。

 

“摇椅型”铵离子电池:一种新型储能电池的尝试

图1. (a)“摇椅”型铵离子电池的工作原理;(b)该水溶液铵离子电池与常见的水溶液钠离子、钾离子电池在工作电压、比容量和能量密度的比较图。

 

得益于正负极材料之间高度可逆的NH4+嵌脱反应,该水溶液铵离子全电池可以实现~1.0 V的工作电压,43 Whkg-1的能量密度(基于正负极材料)和1000周的循环寿命。该工作为发展新型的非金属离子电池提供了有益参考与借鉴,并以热点文章形式发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 13026–13030; doi: 10.1002/anie.201707473.

作者:Dr. Xianyong Wu, Yitong Qi, Jessica J. Hong, ZhifeiLi, Alexandre S. Hernandez and Prof. Xiulei Ji*.

原文链接如下,或点击下方“阅读原文”:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201707473/full


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