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ACS Energy Lett.: 陽離子溶劑化對(duì)水性多價(jià)離子電池聚酰亞胺負(fù)極電荷存儲(chǔ)性能的影響

在用于水性單價(jià)和多價(jià)離子電池的有機(jī)電極中，聚酰亞胺（PI）被認(rèn)為是一種很有前景的候選材料，因?yàn)樗诓煌碾娊赓|(zhì)溶液中都具有高容量和良好的循環(huán)性能。

目前大多數(shù)研究都集中在聚酰亞胺負(fù)極的能量性能上，但對(duì)其電荷存儲(chǔ)機(jī)制，特別是此類電極如何受嵌入陽離子的溶劑化性質(zhì)的影響知之甚少。

以色列巴伊蘭大學(xué)Netanel Shpigel等人使用原位電化學(xué)石英微量天平（EQCM-D），對(duì)多種單價(jià)和多價(jià)陽離子在潛在應(yīng)用時(shí)嵌入/脫嵌到PI電極的陽離子通量及其水合殼進(jìn)行了直接評(píng)估。

觀察表明，在嵌入“離液”（kosmotropic，水結(jié)構(gòu)破缺）陽離子期間，聚合物電極中的水分子明顯嵌出，而在插入“親液”（kosmotropic，水結(jié)構(gòu)增強(qiáng)）陽離子時(shí)，水分子的嵌出顯著減少。這些發(fā)現(xiàn)與所檢測(cè)系統(tǒng)中聚酰亞胺電極的容量和倍率能力密切相關(guān)，并闡明了它們的電荷存儲(chǔ)機(jī)制。

本研究證明了PI電極作為水性可充電多價(jià)離子電池的通用高性能負(fù)極的優(yōu)勢(shì)，這些發(fā)現(xiàn)將為EQCM-D作為分析有機(jī)電極中氧化還原相互作用的診斷工具的進(jìn)一步應(yīng)用鋪平道路，從而促進(jìn)聚合物電極的發(fā)展，用于鋰電以外的大型儲(chǔ)能應(yīng)用。

圖1. PI電極在含有單價(jià)和二價(jià)陽離子的各種電解質(zhì)溶液中的電化學(xué)性能

圖2. 對(duì)各種單價(jià)和二價(jià)陽離子測(cè)量的電荷密度的函數(shù)的離子群的變化

Influences of Cations’ Solvation on Charge Storage Performance in Polyimide Anodes for Aqueous Multivalent Ion Batteries. ACS Energy Letters. 2021,?DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01007

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