“夫唱妇随”的双离子电池
2019/5/3 23:59:25 火行

    

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     ——火行研究员

     作者简介

     安好如意：男，博士，教授，现就职于天津大学，研究方向：能源材料化学。

     火行科研Club创始成员。

     “水中的离子成双对”

     传统的可充电电池是依赖电解质中的一种离子在电化学势不同的两个电极(正极和负极)之间来回穿梭而实现电能与化学能之间的存储与转化的，例如已经广泛应用的锂离子电池。但是实际上，电解质由阴阳离子两种离子组成，所以本质上可以让两种离子都参与能量存储。南京航空航天大学的Xiaogang Zhang团队刚刚在线发表的一篇论文“基于有机聚合物的水相铵盐双离子电池1(J. Mater. Chem. A, 2019,in press，DOI: 10.1039/c9ta00254e)”就报道了一种基于硫酸铵((NH4)2SO4)电解质的水相双离子电池。

     “夫妻双双把家还” + “你还原来我氧化；我氧化来你还原”

     电池的负极是聚酰亚胺(polyimide,PI), 正极是聚丙烯酸甲酯衍生物(PTMA)，图1和图2。

    

     充电时，铵离子(NH4+)运动到负极还原PI，同时硫酸根(SO42-)运动到正极氧化PTMA；放电时，化学过程反转，NH4+和SO42-返回到溶液中，图3-5。

    

     该电池能按此模式工作的原因之一是PI-PTMA之间的氧化还原电压低于(NH4)2SO4的电化学分解电压。

     “你我好比鸳鸯鸟； 比翼双飞在水间”

     这种基于有机聚合物的水相铵盐双离子电池性能良好，工作电压达1.9伏，电流范围至50A/g，能量密度达51.3Wh/kg，而且循环10000次后，能量密度的保持率仍高于86%，图6-7。该性能优于大多数水相电化学储能器件，而且该体系比基于有机电解液的传统锂离子电池具有更高的安全性。不过，我们也要承认其能量密度远低于锂离子电池的能量密度和其实用领域有待进一步考察。

    

     1基于有机聚合物的水合铵双离子电池

     A novel aqueous ammonium dual-ionbattery based on organic polymers

     Yadi Zhang, Yufeng An, Bo Yin, Jiangmin Jiang, Shengyang Dong, Hui Dou andXiaogang Zhang*

     J. Mater. Chem. A, 2019, in press，DOI: 10.1039/c9ta00254e

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