电池界的新宠儿——水合氢离子电池

材料牛注：前方高能！当第一主族元素Li、Na、K元素相继成为电池界争相研究的焦点时，水合氢离子的出现彻底颠覆了电池界的认知，在这一场电池离子较量中，哪种电池将最终脱颖而出呢？让我们拭目以待。

模拟PTCDA单细胞合并两个水合氢离子示意图

近日，俄勒冈州立大学的科学家开发出一种新型电池，它展现出实现可持续、高功率能量存储的潜力，同时，它也是世界上第一个只使用水合氢离子作为载流子的电池。这种新型水合氢离子电池为研究人员在能量存储，特别是固定存储领域提供了新的选择。

固定存储是指在备用或紧急情况下使用的，能够存储电网电力的固定电池——包括从例如风力发电机或太阳能电池等新能源设备产生的电力。

水合氢，也称为H₃O⁺，是一种当将质子加入水分子时产生的带正电离子。俄勒冈州立大学理学院的研究人员已经证实，水合氢离子能够可逆地存储在由苝四羧酸二酐（PTCDA）组成的电极材料中。

这种材料是固相的有机分子晶体，俄勒冈州立大学化学系利用该材料制成电极，并以稀硫酸作为电解质组装成电池。该研究成果已发表在由德国化学学会的出版物《德国应用化学·国际版》上，研究生Xingfeng Wang是该论文的第一作者。

这项研究通讯作者——俄勒冈州立大学化学系副教授Xiulei Ji介绍道：“这可能为可持续电池的未来提供一个颠覆性的契机，它不使用锂离子、钠离子或钾离子来传输电荷，而只使用酸作为电解质。同时，这种天然的酸储量丰富，可见它是高度可再生和可持续发展的。”

Ji教授指出，到目前为止，已经用于电池中的阳离子包括碱金属离子、碱土金属离子或铝离子，他说：“人们认为，电池中没有非金属阳离子会带来严重的问题，无法实现电量的存储和释放。”

研究中观察到在PTCDA结构层间嵌入离子的过程中，晶格结构出现大的体积膨胀。这意味着电极被充电，并且PTCDA结构不是受已在一些电池中使用的极小质子影响，而是被水合氢离子撑开。

Ji教授说：“虽然有机固体通常不被视为晶体电极材料，但一些有机固体以非常有序的结构排列，有很好的结晶性能。这种PTCDA材料在其分子组分之间有很多内部空间，因此提供了存储大尺寸离子和实现良好容量的契机。”

同时，水合氢离子以相对较低的“摩擦”在电极结构中迁移，这实现了电池的高功率特性。

Ji教授说：“虽然这样的电池无法给电动汽车供电，但是它确实为电池研究人员提供了全新的方向，一个寻找能量存储领域新的替代物，特别是应用于固定电网储能的机会。”

原文链接：Hydronium-ion battery presents opportunity.

文献链接：Hydronium-Ion Batteries with Perylenetetracarboxylic Dianhydride Crystals as an Electrode.

本文由材料人编辑部月亮提供素材，李雅倩编译，黄超审核；点我加入材料人编辑部。

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