研究速讀

由于在近中性電解質(zhì)中陰極上形成堿性鹽，空氣自充電水性金屬離子電池在自充電循環(huán)后通常會(huì)出現(xiàn)容量損失。近日，南開大學(xué) 牛志強(qiáng) 團(tuán)隊(duì)在酸性電解質(zhì)中開發(fā)了基于質(zhì)子化學(xué)的空氣自充電 Pb/PTO電池。H+ 嵌入/脫出/去除的快速動(dòng)力學(xué)賦予電池增強(qiáng)的電化學(xué)性能。由于酸性電解液中氧的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢較高，放電后的正極被空氣中的氧自發(fā)氧化，同時(shí)提取H+，從而實(shí)現(xiàn)無需外接電源的自充電。值得注意的是，涉及H+ 基氧化還原的空氣自充電機(jī)制可以有效避免自充電電極上堿性鹽的產(chǎn)生，從而保證Pb/PTO電池的長期自充電/恒電流放電循環(huán)。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)長循環(huán)空氣自充電系統(tǒng)提供了一種有前景的策略。 其成果以題為 "Proton Chemistry Induced Long-Cycle Air Self-Charging Aqueous Batteries"在國際知名期刊 Angew. Chem. Int. Ed. 上發(fā)表。

圖1. Pb/PTO電池酸性和近中性電解質(zhì)的自充電示意圖.

▲與金屬離子相比，H+離子具有更小的離子半徑，這將顯著提高電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而有助于實(shí)現(xiàn)出色的空氣充電能力。此外，在H+基電池中，酸性電解質(zhì)、堿性鹽的形成將得到有效抑制。作者開發(fā)了一種空氣自充電Pb/PTO空氣自充電電池。充電Pb/PTO電池表現(xiàn)出H+嵌入/脫出和快速動(dòng)力學(xué)。在酸性介質(zhì)中的自充電過程中，在H+離子存在的情況下，氧氣被還原形成水分子(圖1)。有效避免了堿性鹽PTO電極的形成，保證了Pb/PTO電池的長期化學(xué)自充放電循環(huán)。此外，氧酸介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢高于中性介質(zhì)，從而產(chǎn)生較大的電勢放電陰極和氧氣之間的差異。因此，Pb/PTO 電池實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的空氣可充電能力。

文獻(xiàn)信息

Fang Yue,Zhiwei Tie, Yan Zhang, Songshan Bi, Yijing Wang, Zhiqiang Niu*,Proton Chemistry Induced Long-Cycle Air Self-Charging Aqueous Batteries,Angew. Chem. Int. Ed.https://doi.org/10.1002/anie.202208513

審核編輯 ：李倩