“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。

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^*.

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