研究发现一种更为坚固的质子电池阴极材料,有望实现更快的充电效率

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质子电池是一种创新的环保型电池,其电荷由带正电荷的氢离子质子携带。一组研究人员现在已经开发出有机磺酰胺,作为这些电池阴极的一种坚固而灵活的材料。正如该团队在Angewandte Chemie国际版杂志上解释的那样,磺酰胺阴极也比传统阴极获得更高的输出电压。

在不断寻找锂离子电池替代品的过程中,质子电池被证明具有巨大的潜力。它们不是以锂离子的形式储存电荷,而是转移光,高度流动的质子。因此,这种类型的电池不需要对环境有害且不可持续的锂开采。此外,移动质子有助于实现比其他类型电池更短的充电时间。


尽管有这些优点,质子电池中电极的性能仍然需要改进。到目前为止,阴极(正极)只能获得相当低的输出电压,不足以满足大多数应用。现在,位于中国长沙的湖南大学的陆炳安和他的团队已经通过更换制造阴极材料的化学品来改善这种电压。他们使用有机磺酰胺代替有机羰基化合物或氰化物基颜料。

不像羰基化合物那样,磺酰胺类药物将质子储存在氧原子上,而是将质子储存在磺酰胺基的氮原子上。研究人员解释了为什么这是有益的:氮原子比氧原子多了一个可以接受外来电子的空位,这使得它更易于裁剪。


通过将吸电子基团连接到分子支架上,研究人员能够提高材料的电势。在1V电压下,获得的输出电压比次优材料高20%,研究人员相信,通过仔细的分子设计,还有进一步的改进空间。


为了组装一个完整的质子电池,卢和同事们还开发了一种凝胶状电解质,该电解质适用于磺胺类阴极材料,并实现了柔性结构。这种可塑性电池组可在600次充电/放电循环中保持容量。


使用磺胺类药物的优势并不在于其化学可裁剪性。Lu及其同事报告说,这种新型阴极材料也易于制造,在标准环境条件下稳定,几乎不溶于水。该团队强调,这种基于磺酰胺的质子电池不含任何重金属,由无毒有机化合物组成,因此易于回收。



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1 留言

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