苏宝连院士&宁波大学舒杰教授团队：铵离子电池研究全面综述

文章摘要

铵离子电池(AIBs)由于其高安全性和快速扩散动力学，最近在水系电池领域引起了越来越多的关注。由于NH4+与主体材料之间形成氢键，NH4+的存储机制与球形金属离子(例如Li+、Na+、K+、Mg2+和Zn2+)的存储机制完全不同。尽管已经提出了许多材料作为AIBs的电极材料，但它们的性能很难满足未来电化学储能装置的要求。因此，迫切需要为AIBs设计和开发先进材料。在此，宁波大学舒杰教授&那慕尔大学苏宝连院士团队重点介绍了AIBs的最新研究。全面概述了对AIBs电极材料和相应电解质的基本构型、运行机制和最新进展的见解。根据结构中不同的NH4+存储行为对电极材料进行分类和比较。还讨论了AIBs未来发展的挑战、设计策略和前景。

这一综述以“Ammonium Ion Batteries: Material, Electrochemistry and Strategy”（铵离子电池：材料、电化学和策略）为标题发表在国际期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，宁波大学舒杰教授和那慕尔大学苏宝连院士为共同通讯作者。

图文速递

图1：不同载流子的离子半径和水合离子半径

图2

(a)不同元素的相对丰度。(b)NH4+模型。(c)AIBs领域最近发展的时间表。(d)固态电池、准固态电池、有机电池、水系电池、金属氧电池五种电池配置示意图。

图3：AIBs用阳极材料、阴极材料和电解质概述

图4：AIBs的关键理化参数及表征方法

图5：NH4+在不同基体材料中的插入反应机理

(a)过渡金属化合物中NH4+的储存机制。(b)NH4+在有机化合物中的储存机制。(c)几种代表性有机化合物的电极工程和结构表征。

图6

(a)不同类型基体材料的电化学行为比较。(b)水性电解质图。(c)阴极和阳极的电流-电压曲线。(d)两种不同类型的AIBs。

观点总结

本文综述了近年来AIBs的基本结构、工作机理、电极材料及相应的电解质等方面的研究进展。虽然已经取得了令人鼓舞的进展，但显然AIBs的应用还有很长的路要走，进一步优化其电化学性能需要付出相当大的努力。通过本文的综述，可以为今后的研究提供指导，包括(i)电化学循环过程中氢键的行为，(ii)NH4+在不同类型的通道和有机物中的详细存储机制，(iii)电解质策略，以及(iv)开发新的基体材料。可见，AIBs的实际应用前景十分广阔。作者真诚地期待着本文的研究能够为今后先进高能量密度AIBs的实际应用和合理设计提供更多的创新思路。

文献链接

Ammonium Ion Batteries: Material, Electrochemistry and Strategy

Runtian Zheng，Yuhang Li，Haoxiang Yu，Xikun Zhang，Yang Ding，Lei Yan，Yu Li，Jie Shu,*，Bao-Lian Su*

https://doi.org/10.1002/anie.202301629