Anioner og kationer i dual-ion batterier fungerer som kohyrde og væverpige

Dual-ion batterier (DIB'er), hvor både kationer og anioner er involveret i den elektrokemiske redoxreaktion, omfatte en lovende kandidat til at opfylde lavpriskravene til kommercielle applikationer. Sammenlignet med konventionelle lithium-ion-batterier (LIB'er), de har fordele som høj arbejdsspænding, fremragende sikkerhed, og miljøvenlighed.

Et forskerhold ledet af prof. Tang Yongbing og Dr. Zhou Xiaolong ved Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) i det kinesiske videnskabsakademi udgav sammen med andre samarbejdspartnere i fællesskab en inviteret anmeldelsesartikel med titlen "Beyond Conventional Batteries:Strategies to Low- Kostbare Dual-Ion-batterier med høj ydeevne" i Angewandte Chemie .

DIB'er har tiltrukket sig verdensomspændende opmærksomhed for deres høje arbejdsspænding, lavpris, let genbrug, og lav miljøpåvirkning, osv. Dog på grund af komprimeringstætheden af ​​grafit og begrænsning af teoretisk kapacitet, den traditionelle dobbelte kulstofstruktur af DIB'er har en lav energitæthed.

I 2016 Prof. TANG's gruppe designede en ny aluminium-grafit DIB, der realiserede ideen om at integrere elektroderne. Den brugte aluminiumsfolie, som er billigt og miljøvenligt, som katodeaktive materiale og strømkollektor på samme tid, og grafit som anodemateriale til at bygge et nyt aluminium-grafit DIB-system med høj effektivitet og lave omkostninger.

Anionen og katoden er som Kohyrden og Væverpigen, to elskere i et kinesisk eventyr, som kun kan mødes en gang om året på en skatebro på himlen:De to elskende er adskilt af den enorme Mælkevejsgalakse (elektrolytter), men ved hjælp af skatebroen (ionkanal), de møder hinanden (udledning), og derefter vende tilbage til deres egne steder (afgift). Denne cyklus gentages kontinuerligt.

De vigtigste forskelle mellem DIB'er og LIB'er kan opsummeres som:Anionen interkalerer ind i katoden under opladning, hvilket fører til både den forskellige elektrokemiske energilagringsmekanisme og høj arbejdsspænding. Da anionerne kommer fra elektrolytter, elektrolytterne betragtes også som aktive materialer i DIB'er; derfor, i opladningsprocessen, anioner og kationer adskilles og genforenes i elektrolytten.

Holdet udvidede også den nye idé om integreret design til det rigelige alkalimetal-ion-batterisystem (jordalkali). De har med succes udviklet en miljøvenlig og billig natriumbaseret DIB – den kalium-ion-baserede DIB – og det højspændings-calciumion-batteri ved stuetemperatur, lægger således et meget solidt grundlag for industriel anvendelse af en sådan integreret teknologi.