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現(xiàn)在，商業(yè)電池的電解質(zhì)大多是由溶劑和鹽組成的液體溶液，以用于遷移離子。然而，電解液的溶劑帶來(lái)一些固有的限制，無(wú)論是電化學(xué)窗口、工作溫度、揮發(fā)性還是可燃性。

復(fù)旦大學(xué)夏永姚、王飛、馬里蘭大學(xué)王春生等報(bào)告了以聚磷酸（PAA）作為一種無(wú)溶劑的質(zhì)子液體電解液，它排除了溶劑的缺點(diǎn)，表現(xiàn)出前所未有的優(yōu)越性，包括不可燃性、比水系電解液更寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口（>2.5V）、低揮發(fā)性和寬工作溫度范圍（>400℃）。

圖1. 各種H₃PO₄電解質(zhì)的比較

PPA的分子式為H_n+2P_nO_3n+1，是一種由磷酸分子脫水形成的液體聚合物。與典型的大陽(yáng)離子上有可用質(zhì)子的質(zhì)子離子液體不同，PPA的陽(yáng)離子只有質(zhì)子（H⁺），它的直徑最小，擁有相當(dāng)快的遷移速度。

因此，PPA可以直接作為質(zhì)子電池的電解液，不需要溶劑。由于PPA的無(wú)溶劑特性，電極的溶解問(wèn)題得到了緩解，電化學(xué)窗口從1.23V（H₂O）顯著擴(kuò)大到2.5V以上。這種電解液的陽(yáng)極極限超過(guò)2.0V vs.AgCl/Ag，這在以前的任何液體電解液中都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。此外，由于PPA的高沸點(diǎn)和不易燃性，它有可能在超過(guò)400℃的高溫下工作。

圖2. MoO₃負(fù)極的表征和電化學(xué)性能研究

基于以上優(yōu)勢(shì)，作者構(gòu)建了一個(gè)由MoO₃負(fù)極和LiVPO₄F正極組成的非水質(zhì)子電池。無(wú)溶劑的PPA與金屬氧化物負(fù)極和聚陰離子正極均顯示出良好的兼容性，從而使這些電極能夠穩(wěn)定地循環(huán)。

令人驚訝的是，該質(zhì)子電池甚至可以在0℃至250℃的寬溫度范圍內(nèi)良好運(yùn)行，并在100℃和100C的高倍率下提供32%的高容量保持率，優(yōu)于迄今為止報(bào)道的大多數(shù)液體電池。總體而言，這種無(wú)溶劑電解液為在惡劣條件下工作的穩(wěn)定和安全電池提供一個(gè)可行的途徑，并為設(shè)計(jì)寬溫電解質(zhì)開(kāi)辟了一條道路。

圖3. MoO₃||LVPF全電池的電化學(xué)性能

Solvent-free protic liquid enabling batteries operation at an ultra-wide temperature range. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33612-2

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