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    南开陈军院士团队，最新JACS！
    来源： 时间：2024-03-04 11:16:20 浏览：1166次

    第一作者：Qiu Zhang、Xiaomeng Liu和Yong Lu

    通讯作者：陈军院士

    通讯单位：南开大学

    DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c13963.



    研究背景



    锂离子电池（LIBs）具有高能量密度和长循环寿命的特点，在便携式电子设备和电动汽车中得到了广泛的应用。然而，Li资源短缺、成本高、生产环境恶劣、有机电解质易燃性和安全性等问题，不可避免地制约了LIBs在大规模储能领域的应用。基于水系电解质的电池具有安全、环保、组装环境要求低的优点，被认为是大规模储能系统的有希望的候选者。因此，开发高性能水性电池具有重要意义。可再充电水系电池具有安全性高、成本低的优点，是大规模储能的潜在系统。然而，开发具有高可持续性、可负担性和可逆性的水电池是迫切而具有挑战性的。基于此，南开大学陈军院士等人报道了一种两性羟基乙酸铝（AlAc(OH)2）电解质，它具有H+和OH-双极性电离的能力，有利于在蒽醌（AQ）负极和氢氧化镍（Ni(OH)2）正极进行氧化还原反应。



    文章要点



    1、通过结合从头计算分子动力学（AIMD）和密度泛函理论（DFT）计算、NMR、XRD和拉曼光谱证实，AlAc(OH)2(H2O)3溶剂化结构的双极性电离能力来源于Al3+和OH-的强极化能力。解离常数为5.0/3.0的H+/OH-的解离能力强于水（14.0），促进了电极同时稳定的氧化还原反应。具体而言，H+的吸收阻止了AQ阳极形成离子键，抑制了电极的溶解，而OH-为Ni(OH)2正极的稳定转化反应提供了局部碱性环境。

    2、此外，设计的AQ||Ni(OH)2电池的AQ负极在300次循环后的放电容量为243.9 mAh g-1，具有高可逆性，容量保持率为78.2%。同时，作者还组装了放电容量为0.90 Ah的袋式电池，基于电池的总质量，其能量密度为44.7 Wh kg-1。本工作极大拓宽了水系电池的种类，代表了双极电解质的设计理念以及与H+和OH-的不同电化学反应。



    图文展示



    图1. AlAc(OH)2电解质、AQ负极和Ni(OH)2正极的可持续水系电池

    图2.水系AlAc(OH)2电解质的H+/OH-电离机制和电解质结构

    图3. AlAc(OH)2电解质与Ni(OH)2-正极/AQ负极之间的相容性

    图4. AQ负极的电化学氧化还原机理和H+迁移

    图5. AQ|AlAc(OH)2|Ni(OH)2全电池的电化学性能

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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字，很多小语种，有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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