據(jù)外媒報道，阿卜杜拉國王科技大學（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）研究人員發(fā)現(xiàn)，使用銨陽離子作為電荷載體的可充電電池可成為金屬離子電池（metal-ion batteries）環(huán)保和可持續(xù)的替代品。

金屬離子電池，例如鋰離子電池，是首選的儲能解決方案。憑借其高能量密度和多功能性，這種電池在便攜式消費電子產(chǎn)品和電動汽車市場一直占據(jù)主導地位。然而，金屬離子電池中的電解質使用的金屬通常為非可持續(xù)性資源，且具有毒性和易燃性，不僅不具有長期可用性、不安全，還對環(huán)境有害。

由于銨陽離子重量輕且易于合成和回收，此前已有很多次嘗試生成基于銨離子的電池，以解決可持續(xù)性和環(huán)境問題。然而，銨陽離子在低操作電位下容易還原成氫和氨，會阻止電池發(fā)揮其全部潛力。不僅如此，銨陽離子也很容易溶解在電解質中，從而難以摻入電極材料中。

Husam Alshareef、博士后Zhiming Zhao及其同事通過將含銨陽離子的電解質與碳基電極相結合，開發(fā)出一種高效無金屬電池。Zhao稱石墨陰極和有機半導體陽極便宜、環(huán)保且可再生。

對于銨陽離子，研究人員選擇六氟磷酸鹽離子作為負電荷載體，并利用石墨的能力將這些陰離子可逆地容納在其層內，從而制造出“雙離子”電池。在電池中，陽離子和陰離子在充電循環(huán)期間同時插入相應的電極，并在放電循環(huán)期間釋放到電解質中。

博士后Zhiming Zhao表示：“通過篩選一系列耐高壓溶劑并考慮其還原穩(wěn)定性，我們設計出一種既抗氧化又抗還原的電解質?！?/p>

抗氧化溶劑主要溶劑化參與陰極反應的陰離子，而其抗還原溶劑在參與陽極反應的陽離子周圍形成溶劑化球。Zhao解釋道：“這種配置對于電池穩(wěn)定性至關重要?！?/p>

該電池的性能優(yōu)于現(xiàn)有的基于銨離子的其他電池，且其工作電壓實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的2.75伏。Zhao表示：“現(xiàn)在有可能開發(fā)出可以與金屬離子電池競爭的高能非金屬離子電池。”

該團隊目前正在努力提高這種電池的性能，以更接近大規(guī)模應用。Zhao表示：“我們正在探索具有更高容量的陽極材料，這對于提高能量密度至關重要?！?“

Alshareef的團隊正在開發(fā)廉價的鋰離子電池替代品，特別是用于電網(wǎng)存儲。Alshareef表示：“要最終使電網(wǎng)完全脫碳，電池成本必須大幅下降?！倍梅墙饘匐姾奢d體（例如銨離子）代替鋰有助于降低電池成本。