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寧波大學(xué)舒杰EnSM: 深入了解陰離子存儲(chǔ)電池：材料、特性和挑戰(zhàn)

近年來(lái)，陰離子存儲(chǔ)技術(shù)因其高能量密度被認(rèn)為是典型金屬離子電池的有前途的替代技術(shù)，包括鹵素陰離子（F^–，Cl^–，Br^–，I^–）和復(fù)合陰離子（PF₆^–, BF₄^– , FSI^– , 等）。對(duì)陰離子存儲(chǔ)的研究不僅可以開(kāi)發(fā)電池，還可以將其擴(kuò)展到更新穎的電池概念，如海水淡化和雙離子電池（DIBs）。

然而，理論和實(shí)際性能的差異是陰離子存儲(chǔ)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，了解各種電池的工作機(jī)理和性能提升的方法對(duì)于未來(lái)陰離子電池系統(tǒng)的發(fā)展是必要的。

為此，寧波大學(xué)舒杰教授等人詳細(xì)回顧了各種陰離子存儲(chǔ)技術(shù)在電極材料和電解質(zhì)方面的研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)。在這篇綜述中，作者全面報(bào)道了各種陰離子的儲(chǔ)存，包括鹵素和復(fù)合陰離子，特別突出了各種負(fù)離子存儲(chǔ)的電極材料和電解質(zhì)，最后得出結(jié)論并給出前景。

作者總結(jié)了在電化學(xué)過(guò)程中大半徑陰離子導(dǎo)致巨大的電極體積變化的關(guān)鍵問(wèn)題，電極和電解液的副反應(yīng)是由電極材料的粉碎和分解引起的，這些觸發(fā)因素總是導(dǎo)致循環(huán)能力差和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢。此外，具有優(yōu)異離子電導(dǎo)率、強(qiáng)電化學(xué)穩(wěn)定性、寬電化學(xué)窗口和電極兼容性的合適電解質(zhì)對(duì)于陰離子電池的改進(jìn)也是必不可少的。

圖1. 負(fù)離子儲(chǔ)能的發(fā)展歷程

最后，作者還提出了分別針對(duì)氟離子電池、氯離子電池、金屬溴化物/碘電池以及雙離子電池發(fā)展的有效建議。總之，陰離子電池是除陽(yáng)離子電池之外，還有很大發(fā)展前景的一類(lèi)電池。負(fù)離子存儲(chǔ)的研究不僅可以應(yīng)用于各種負(fù)離子電池的開(kāi)發(fā)，還可以擴(kuò)展到基于各種陰、陽(yáng)離子的DIBs。

此外，它們?cè)谖磥?lái)的海水淡化技術(shù)和海水凈化方面具有很大的應(yīng)用前景。因此，綜合總結(jié)和分析各種陰離子的儲(chǔ)存行為是非常有意義的。

圖2. 不同電池技術(shù)的比較以及電池示意圖和反應(yīng)方程式

Insight into Anion Storage Batteries: Materials, Properties and Challenges, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.011

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