无金属电池为环保电网带来了希望

该团队表示，使用铵离子作为电荷载体的可充电电池可以作为锂离子等金属离子电池的可持续替代品。

金属离子电池是首选的储能解决方案，由于其高能量密度和多功能性，主导着便携式消费电子产品和电动汽车市场。然而，电解液中使用的金属离子来自锂和不断减少的资源，这对长期可用性构成了威胁。它们的毒性和可燃性也可能是不安全的，对环境有害。

为了解决可持续性和环境问题，人们已经多次尝试生产基于氨离子的电池，因为这些阳离子重量轻，易于合成和回收。

然而，在低操作电位下，铵离子容易还原为氢和氨，从而阻止电池充分发挥其潜力。它们也容易溶解在电解质中，使它们难以融入电极材料。

据Husam Alshareef、博士后赵志明及其同事介绍，该团队将含氨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价格便宜，环保，可再生。

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对于铵离子，研究人员选择了六氟磷酸离子作为负电荷载体，并利用石墨在其层内可逆容纳这些负离子的能力来创建“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到相应的电极中，并在放电循环期间释放到电解质中。

赵在一份声明中说:“通过筛选一系列耐高压溶剂，并考虑到其还原稳定性，我们设计了一种既抗氧化又抗还原的电解质。”

抗氧化溶剂主要溶化阴离子参与阴极反应，而抗还原溶剂在阳离子周围形成溶化球参与阳极反应。赵解释说，这种配置对电池的稳定性至关重要。

的KAUST(阿卜杜拉国王科技大学)研究小组发现，该电池优于现有的基于氨离子的类似物，其创纪录的操作电压为2.75伏。

“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，”赵说。

该团队目前正在努力提高性能，以便更接近大规模应用。赵补充说，他们正在探索具有更高容量的负极材料，这对提高能量密度至关重要。

Alshareef补充说:“为了最终完全脱碳电网，电池成本必须显著下降。”研究小组认为，用非金属载流子(如铵离子)取代锂可以帮助降低这些成本。