Electrochemical Storage of Ammonium Versus Metal Ions in Bimetallic Hydroxide for Sustainable Aqueous Batteries

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作者
Chang Liu,Mengxue Li,Jianming Meng,Peng Hei,Jing Wang,Yu Song,Xiaoxia Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (3) 被引量:44
标识
DOI:10.1002/adfm.202310437
摘要

Abstract Aqueous batteries with high safety and cost efficiency usually employ metallic cations as charge carriers. Recently, ammonium (NH 4 + ) ion batteries using the nonmetal NH 4 + as a charge carrier exhibit distinct electrochemical features from conventional aqueous batteries. Herein, the electrochemical performances of a bimetallic hydroxide material are systematically studied with different charge carriers in the electrolytes, including NH 4 + , as well as the conventional monovalent metallic cations K + and Na + , respectively. Electrochemical results indicate that the charge storage process using NH 4 + as the working ions exhibits a higher discharge plateau, smaller electrochemical polarization, and larger discharge capacity than that using conventional metallic charge carriers. Experimental characterizations and theoretical calculations suggest that the strong interaction between NH 4 + and the electrode material, as well as the low NH 4 + ‐ion diffusion barrier lead to these superior electrochemical features. The assembled NH 4 + ‐ion battery exhibits a good energy density of 123 Wh kg (cathode+anode) −1 at the power density of 480 W kg (cathode+anode) −1 . These fundamental findings are important for developing good safety, low‐cost, and high‐energy aqueous batteries with sustainable NH 4 + charge carriers.
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