A Membrane‐Free Rechargeable Seawater Battery Unlocked by Lattice Engineering

材料科学 海水 电池(电) 海洋学 热力学 化学 地质学 功率(物理) 物理 生物化学
作者
Wei Wen,Chao Geng,Xinran Li,Hongpeng Li,Jin‐Ming Wu,Hisayoshi Kobayashi,Tulai Sun,Zhenyu Zhang,Dongliang Chao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (30) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adma.202312343
摘要

Abstract Seawater batteries that directly utilize natural seawater as electrolytes are ideal sustainable aqueous devices with high safety, exceedingly low cost, and environmental friendliness. However, the present seawater batteries are either primary batteries or rechargeable half‐seawater/half‐nonaqueous batteries because of the lack of suitable anode working in seawater. Here, a unique lattice engineering to unlock the electrochemically inert anatase TiO 2 anode to be highly active for the reversible uptake of multiple cations (Na + , Mg 2+ , and Ca 2+ ) in aqueous electrolytes is demonstrated. Density functional theory calculations further reveal the origin of the unprecedented charge storage behaviors, which can be attributed to the significant reduction of the cations diffusion barrier within the lattice, i.e., from 1.5 to 0.4 eV. As a result, the capacities of anatase TiO 2 with 2.4% lattice expansion are ≈100 times higher than the routine one in natural seawater, and ≈200 times higher in aqueous Na + electrolyte. The finding will significantly advance aqueous seawater energy storage devices closer to practical applications.
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