KAUST开发出新无金属电池或可实现更可持续的电网

据国外媒体报道，阿卜杜拉国王科技大学的研究人员发现，使用铵阳离子作为电荷载体的可充电电池可以成为金属离子电池的环保和可持续替代品。

金属离子电池，例如锂离子电池，是优选的能量存储解决方案。凭借其高能量密度和多功能性，这种电池一直在便携式消费电子产品和电动汽车市场占据主导地位。而金属离子电池电解液中使用的金属通常是一种不可持续的资源，而且有毒易燃，不仅长期得不到，不安全，而且对环境有害。

因为铵阳离子重量轻且易于合成和回收，所以已经有许多尝试来产生基于铵离子的电池以解决可持续性和环境问题。然而，在低工作电位下，铵阳离子容易被还原成氢和氨，这将阻止电池发挥其全部潜力。此外，铵阳离子容易溶解在电解质中，使其难以结合到电极材料中。

Husam Alshareef、博士后Zhiming Zhao和他们的同事通过将含有铵阳离子的电解质与碳基电极结合起来，开发了一种高效的无金属电池。赵说，石墨阴极和有机半导体阳极廉价、环保、可再生。

对于铵阳离子，研究人员选择六氟磷酸根离子作为负电荷载体，并利用石墨在其层中可逆地包含这些阴离子的能力，从而制造出“双离子”电池。在电池中，阳离子和阴离子在充电循环期间被同时插入相应的电极中，并在放电循环期间被释放到电解质中。

博士后赵志明说:“通过筛选一系列耐高压溶剂，并考虑其还原稳定性，我们设计了一种兼具抗氧化性和耐还原性的电解液。”

抗氧化溶剂主要溶剂化参与阴极反应的阴离子，而其抗还原溶剂在参与阳极反应的阳离子周围形成溶剂化的球体。赵解释说:“这种配置对电池的稳定性非常重要。”

这种电池的性能优于其他现有的基于铵离子的电池，其工作电压达到了2.75伏的纪录。赵说:“现在有可能研制出能与金属离子电池竞争的高能非金属离子电池。”

该团队目前正在努力改善这种电池的性能，以更接近大规模应用。赵说:“我们正在探索更高容量的阳极材料，这对提高能量密度非常重要。”"

Alshareef的团队正在开发锂离子电池的廉价替代品，特别是用于电网存储。Alshareef说:“为了最终让电网完全脱碳，必须大幅降低电池成本。”用非金属电荷载体代替锂有助于降低电池成本。