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隨著對可持續電池化學的需求不斷增長，非金屬銨離子(NH₄⁺)電池因其獨特的性能(例如低成本、無毒和環境可持續性)而受到廣泛關注。

在此，香港城市大學支春義團隊闡明了NH₄⁺與溶劑之間的溶劑化相互作用，并提出了NH₄⁺弱溶劑化電解質的設計原則。鑒于氫鍵相互作用主導NH₄⁺與溶劑的溶劑化，溶劑靜電勢的強弱直接決定其溶劑化能力的強弱。此外，作者選擇電負性相對較弱的丁二腈來構建無金屬共晶電解質(MEE)。該MEE能夠顯著拓寬電化學穩定性窗口并降低溶劑化殼中的溶劑配位數和結合能，從而引導較低的去溶劑化能壘和快速的電荷轉移過程。

因此，所構建的NH₄^–離子電池表現出優異的可逆倍率性能(600 W kg^-1時的能量密度為65 Wh kg^-1總活性質量)和前所未有的長期循環性能(1.0 A g^-1下1000次循環后保留率為90.2%)。

圖1. 常用溶劑脫溶動力學及ESP的比較

總之，該工作證明了NH₄⁺的溶劑化相互作用以氫鍵為主，減弱溶劑分子與NH₄⁺之間的氫鍵相互作用可以有效提高NH₄^–離子電池的倍率能力和長期循環性能。通過比較各種溶劑的電負性，作者選擇了溶劑中靜電勢最弱的SN來制備MEE，制備的MEE不僅大大拓寬了電化學穩定性窗口，確保了與A-MnPBA的完美相容性，而且大大降低了溶劑化殼層的溶劑配位數和NH₄⁺/溶劑的結合能，從而降低了脫溶能勢壘，加快了電荷轉移過程。

因此，所得的NH₄^–離子電池表現出優異的倍率性能(600 W kg^-1下能量密度為65 Wh kg^-1總有效質量，12000 W kg^-1下能量密度為28 Wh kg^-1總有效質量)和長期循環穩定性(在10.0 A g-1下循環10000次后保持73.9%)。因此，該工作揭示了一種合理設計電解質的有效策略，可以實現高倍率和超穩定的NH₄^–離子電池。

圖2. MEE中全電池的電化學性能

Metal-Free Eutectic Electrolyte with Weak Hydrogen Bonds for High-Rate and Ultra-Stable Ammonium-Ion Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308210

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?支春義AM：弱氫鍵無金屬共晶電解質實現高倍率和超穩定銨離子電池

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