基于质子化学的空气自充电Pb/PTO电池-质子在原电池中的移动方向是什么

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由于在近中性电解质中阴极上形成碱性盐，空气自充电水性金属离子电池在自充电循环后通常会出现容量损失。近日，南开大学 牛志强 团队在酸性电解质中开发了基于质子化学的空气自充电 Pb/PTO电池。H+ 嵌入/脱出/去除的快速动力学赋予电池增强的电化学性能。由于酸性电解液中氧的标准电极电势较高，放电后的正极被空气中的氧自发氧化，同时提取H+，从而实现无需外接电源的自充电。值得注意的是，涉及H+ 基氧化还原的空气自充电机制可以有效避免自充电电极上碱性盐的产生，从而保证Pb/PTO电池的长期自充电/恒电流放电循环。这项工作为设计长循环空气自充电系统提供了一种有前景的策略。 其成果以题为 “Proton Chemistry Induced Long-Cycle Air Self-Charging Aqueous Batteries”在国际知名期刊 Angew. Chem. Int. Ed. 上发表。

图1. Pb/PTO电池酸性和近中性电解质的自充电示意图.

▲与金属离子相比，H+离子具有更小的离子半径，这将显着提高电池的反应动力学，从而有助于实现出色的空气充电能力。此外，在H+基电池中，酸性电解质、碱性盐的形成将得到有效抑制。作者开发了一种空气自充电Pb/PTO空气自充电电池。充电Pb/PTO电池表现出H+嵌入/脱出和快速动力学。在酸性介质中的自充电过程中，在H+离子存在的情况下，氧气被还原形成水分子(图1)。有效避免了碱性盐PTO电极的形成，保证了Pb/PTO电池的长期化学自充放电循环。此外，氧酸介质的标准电极电势高于中性介质，从而产生较大的电势放电阴极和氧气之间的差异。因此，Pb/PTO 电池实现了增强的空气可充电能力。

文献信息

Fang Yue,Zhiwei Tie, Yan Zhang, Songshan Bi, Yijing Wang, Zhiqiang Niu*,Proton Chemistry Induced Long-Cycle Air Self-Charging Aqueous Batteries,Angew. Chem. Int. Ed.https://doi.org/10.1002/anie.202208513