KAUST开发出新无金属电池 或可实现更可持续的电网

据外媒报道，阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）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成为金属离子电池（Metal-ion batteries）环保和可持续的替代品。

图片来源：阿卜杜拉国王科技大学

金属离子电池，例如锂离子电池，是首选的储能解决方案。凭借其高能量密度和多功能性，这种电池在便携式消费电子产品和电动汽车市场一直占据主导地位。然而，金属离子电池中的电解质使用的金属通常为非可持续性资源，且具有毒性和易燃性，不仅不具有长期可用性、不安全，还对环境有害。

由于铵阳离子重量轻且易于合成和回收，此前已有很多次尝试生成基于铵离子的电池，以解决可持续性和环境问题。然而，铵阳离子在低操作电位下容易还原成氢和氨，会阻止电池发挥其全部潜力。不仅如此，铵阳离子也很容易溶解在电解质中，从而难以掺入电极材料中。

Husam Alshareef、博士后Zhiming Zhao及其同事通过将含铵阳离子的电解质与碳基电极相结合，开发出一种高效无金属电池。Zhao称石墨阴极和有机半导体阳极便宜、环保且可再生。

对于铵阳离子，研究人员选择六氟磷酸盐离子作为负电荷载体，并利用石墨的能力将这些阴离子可逆地容纳在其层内，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同时插入相应的电极，并在放电循环期间释放到电解质中。

博士后Zhiming Zhao表示：“通过筛选一系列耐高压溶剂并考虑其还原稳定性，我们设计出一种既抗氧化又抗还原的电解质。”

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球。Zhao解释道：“这种配置对于电池稳定性至关重要。”

该电池的性能优于现有的基于铵离子的其他电池，且其工作电压实现了创纪录的2.75伏。Zhao表示：“现在有可能开发出可以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提高这种电池的性能，以更接近大规模应用。Zhao表示：“我们正在探索具有更高容量的阳极材料，这对于提高能量密度至关重要。” “

Alshareef的团队正在开发廉价的锂离子电池替代品，特别是用于电网存储。Alshareef表示：“要最终使电网完全脱碳，电池成本必须大幅下降。”而用非金属电荷载体（例如铵离子）代替锂有助于降低电池成本。