非金属阳离子水系二次电池研究进展

水系电池以其安全性高、环境友好、离子导电率高等优点,在规模储能领域展现出良好的应用前景.电荷载流子是二次电池关键的组成部分,决定着电池的机制和性能.相较于被广泛研究的金属离子作为载流子的二次电池,以非金属阳离子,如NH4+、H+、H3O+,作为电荷传输载体的研究却相对较少.与金属离子作为载流子相比,非金属离子载流子通常具有更小的水合离子半径、更低的摩尔质量,因此往往展现出更高的扩散速率与较长的循环寿命,且其制造成本更为低廉.然而,开发适于储存非金属离子的电极材料仍面临诸多挑战.本文对近几年相关研究报道进行总结.首先,介绍并讨论了非金属离子与金属离子作为载流子之间的差异;随后,总结了基于质子、水合氢离子、铵根离子和其他非金属载流子水系电池的最新研究进展;重点分析了由非金属离子存储所诱发新的电池化学与反应机制.最后,综合分析,认为通过材料结构优化工程,并且扩大电解液的工作电压区间,是有效提升水系非金属离子电池性能的必要途径之一.

Advances of aqueous batteries with non-metallic cation charge carriers