水系可充电电池(ARB)具有成本低、固有安全性、环境友好性和优异的电化学性能等优点。在各种水系电池系统中，水系铵离子电池(AIBs)以其资源可承受性和极具竞争力的电化学性能等独特优势，在未来大规模智能电网应用的低成本储能系统中显示出巨大潜力，并受到了广泛的研究。其独特的电池化学机制也为电极和电池设计的探索带来了新的见解和理解。然而，水系AIBs 的研究仍处于起步阶段，AIBs 系统仍有许多科学问题值得探索。

近日，新澳门六合彩 侴术雷&金辉乐团队及时详细回顾了 AIBs 中电极材料、电解质和电池化学的最新进展。然后指出了进一步的挑战和机遇。其成果以题为 "Research Development on Aqueous Ammonium-Ion Batteries" 在国际知名期刊 Adv. Funct. Mater. 上发表。新澳门六合彩 为第一单位，新澳门六合彩 侴术雷、金辉乐教授为该论文共同通讯作者。

图文要点

图1.NH₄⁺与各种常见一价和多价阳离子的理化性质比较.

如图1 所示，与其他金属离子相比，作为电荷载流子的资源丰富的铵离子在物理化学性质方面表现出若干优势。首先，NH₄⁺ 的摩尔质量仅为 18 g mol⁻¹，其与那些金属离子相比是最轻的，甚至比 H₃O⁺ 还要轻。此外，虽然它的离子半径很大，为 1.48 Å，但铵离子的水合离子尺寸最小，为 3.31 Å。因此，重量轻和水合离子尺寸小都有助于 NH₄⁺ 离子在水系电解质中快速扩散。此外，与质子或水合氢离子相比，相对适中的 NH₄⁺ 酸度有利于构建温和的酸性或中性电解质环境，该环境的析氢副反应较少，腐蚀性较小。最后，同样值得注意的是，NH₄⁺呈四面体形状，具有很强的择优取向性，与金属离子的球形完全不同。在这种情况下，主体材料中的拓扑插层化学可能与球形金属离子电荷载流子不同，因此NH₄⁺ 离子电池可能会带来揭示独特电化学性能和电池化学的机会。总体而言，研究水性 NH₄⁺ 离子电池的可行性并揭示其潜在的非凡电池拓扑结合化学是非常有意义的。

图2. 水系铵离子电池“摇椅”式充放电工作原理示意图.

图3. 用于水系 AIB 的电极材料的电位和容量总结.

图4. 普鲁士蓝为代表的正极材料.

如上所述，包括PBA、金属氧化物和有机材料在内的各种材料已广泛用作水系 AIB 的阴极。其中，具有刚性骨架结构的PBA具有合成简单、成本低、扩散通道大到足以容纳大尺寸NH₄⁺离子和水分子、循环寿命超过10 000次及以上等巨大优势。以及显着的倍率性能，是非常有前途的水系 AIB 正极材料。当然，针对不同的应用目的，其他类型的正极材料也值得关注。

图5. 过渡金属氧化物/硫化物为代表的负极.

迄今为止，关于水系AIBs 的各种正极和负极材料的电化学行为已经取得了成功和系统的讨论。尽管几种过渡金属氧化物/硫化物和有机固体已成功用作铵离子存储的阳极主体，并且也取得了相对较好的性能。与正极相比，负极材料的研究兴趣和强度似乎要弱一些。可以看出，关于阳极的出版物数量还不到关于阴极的出版物数量的一半。对于电池而言，作为NH₄⁺ 离子的主体，阳极与阴极同样重要。因此，其他类型的潜在负极材料也需要研究人员关注。

图6. 水系铵离子电池研究中常规表征方法的示意图.

电池在运行时，无论是充电还是放电，正极、电解质和负极这三个重要组成部分都直接参与了整个离子转移过程。在电荷转移过程中，正极和负极材料都会发生反复的氨化/脱氨过程，从而使它们在晶体结构、化学状态和微观形貌等方面发生一系列复杂而连续的变化。因此，深入研究和了解此类电池系统中的电化学-结构关系至关重要。

ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS为材料学科国际顶级期刊，影响因子为24.10。