Rational Design of Electrode–Electrolyte Interphase and Electrolytes for Rechargeable Proton Batteries

电解质 电池(电) 相间 材料科学 储能 电极 质子 功率密度 电化学 纳米技术 离子电导率 化学工程 化学 功率(物理) 热力学 工程类 物理 物理化学 遗传学 量子力学 生物
作者
Zhen Su,Haocheng Guo,Chuan Zhao
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (1) 被引量:30
标识
DOI:10.1007/s40820-023-01071-z
摘要

Abstract Rechargeable proton batteries have been regarded as a promising technology for next-generation energy storage devices, due to the smallest size, lightest weight, ultrafast diffusion kinetics and negligible cost of proton as charge carriers. Nevertheless, a proton battery possessing both high energy and power density is yet achieved. In addition, poor cycling stability is another major challenge making the lifespan of proton batteries unsatisfactory. These issues have motivated extensive research into electrode materials. Nonetheless, the design of electrode–electrolyte interphase and electrolytes is underdeveloped for solving the challenges. In this review, we summarize the development of interphase and electrolytes for proton batteries and elaborate on their importance in enhancing the energy density, power density and battery lifespan. The fundamental understanding of interphase is reviewed with respect to the desolvation process, interfacial reaction kinetics, solvent-electrode interactions, and analysis techniques. We categorize the currently used electrolytes according to their physicochemical properties and analyze their electrochemical potential window, solvent (e.g., water) activities, ionic conductivity, thermal stability, and safety. Finally, we offer our views on the challenges and opportunities toward the future research for both interphase and electrolytes for achieving high-performance proton batteries for energy storage.
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