Acid‐in‐Clay Electrolyte for Wide‐Temperature‐Range and Long‐Cycle Proton Batteries

电解质 材料科学 质子 磷酸 电化学 电化学窗口 化学工程 质子输运 质子导体 无机化学 离子电导率 电极 化学 物理化学 工程类 物理 冶金 量子力学 生物化学
作者
Shitong Wang,Heng Jiang,Yanhao Dong,David T. Clarkson,He Zhu,Charles Settens,Yang Ren,Thanh Nguyen,Fei Han,Weiwei Fan,So Yeon Kim,Jianan Zhang,Weijiang Xue,Sean K. Sandstrom,Guiyin Xu,Emre Tekoğlu,Mingda Li,Sili Deng,Qi Liu,Steve Greenbaum
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (23) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adma.202202063
摘要

Proton conduction underlies many important electrochemical technologies. A family of new proton electrolytes is reported: acid-in-clay electrolyte (AiCE) prepared by integrating fast proton carriers in a natural phyllosilicate clay network, which can be made into thin-film (tens of micrometers) fluid-impervious membranes. The chosen example systems (sepiolite-phosphoric acid) rank top among the solid proton conductors in terms of proton conductivities (15 mS cm-1 at 25 °C, 0.023 mS cm-1 at -82 °C), electrochemical stability window (3.35 V), and reduced chemical reactivity. A proton battery is assembled using AiCE as the solid electrolyte membrane. Benefitting from the wider electrochemical stability window, reduced corrosivity, and excellent ionic selectivity of AiCE, the two main problems (gassing and cyclability) of proton batteries are successfully solved. This work draws attention to the element cross-over problem in proton batteries and the generic "acid-in-clay" solid electrolyte approach with superfast proton transport, outstanding selectivity, and improved stability for room- to cryogenic-temperature protonic applications.
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