Angew. Chem. ：质子化学诱导的长循环空气自充电水系电池

空气自充电水系金属离子电池可以将空气中氧气的化学能转化成电能，实现其在没有外部电源情况下可持续的电能供应，该类自充电电池可以通过放电状态的正极与空气中的氧气发生自发的氧化还原反应进行充电，实现化学能的转化和存储。然而，在金属离子电池近中性的电解液中，氧还原反应生成的OH^-与金属离子结合，在自充电电极上形成碱式盐，严重阻碍了后续充放电过程中金属离子的嵌入和放电状态电极的氧化，导致电池大幅度的容量衰减。因此，解决上述问题，提高新型空气自充电电池自充电循环性能具有重要意义。

与金属离子相比，H⁺具有较小的离子半径，因此，质子电池电池展现了快速的反应动力学，从而有助于实现更好的空气自充电性能，而且，在酸性电解液中，H⁺的存在能有效抑制碱式盐的形成。近日，南开大学牛志强教授课题组在酸性电解液体系中开发了一种基于质子化学的长循环空气自充电水系电池。在该电池体系中，芘-4,5,9,10-四酮（PTO）由于其高的理论容量（409 mAh g^-1）以及在酸性溶液中低的溶解度，被用作正极材料，在酸性电解液中具有较低电位的Pb为负极。该电池具有快速的H⁺配位/解配位反应动力学，提高了电池的自充电性能。在酸性电解液中，氧具有较高的氧化还原电势，能够自发地氧化放电状态的PTO电极，实现Pb/PTO电池的自充电。不同于近中性电解液，在酸性电解液条件下自充电过程中，氧在H⁺存在的情况下被还原成水分子。同时，放电状态的PTO电极随着H⁺的脱出被氧化。这种自充电行为有效避免了PTO电极上碱式盐的形成，使Pb/PTO电池表现出优异的自充电循环性能。该工作为设计开发长循环空气自充电电池提供了一种有效策略，并拓宽了化学自充电电池体系的应用领域。

论文信息

Proton Chemistry Induced Long-Cycle Air Self-Charging Aqueous Batteries

Dr. Fang Yue,Zhiwei Tie,Yan Zhang,Songshan Bi,Prof. Yijing Wang,Prof. Zhiqiang Niu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202208513

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Angewandte Chemie International Edition

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