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)后通常會出現(xiàn)容量損失。近日，南開大學 牛志強 團隊在酸性電解質(zhì)中開發(fā)了基于質(zhì)子化學的空氣自充電 Pb/PTO電池。H+ 嵌入/脫出/去除的快速動力學賦予電池增強的電化學性能。由于酸性電解液中氧的標準電極電勢較高，放電后的正極被空氣中的氧自發(fā)氧化，同時提取H+，從而實現(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)。這項工作為設(shè)計長循環(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)動力學，從而有助于實現(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/脫出和快速動力學。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電池的長期化學自充放電循環(huán)。此外，氧酸介質(zhì)的標準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 電池實現(xiàn)了增強的空氣可充電能力。

文獻信息

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