Rocking‐Chair Aqueous Fluoride‐Ion Batteries Enabled by Hydrogen Bonding Competition

电解质 化学 无机化学 水溶液 电化学 阳极 氟化物 溶解 阴极 氟化氢 电极 物理化学
作者
Huijian Wang,Chengjun Lei,Tingting Liu,Chen Xu,Xin He,Xiao Liang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (19) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/anie.202401483
摘要

Abstract Aqueous fluoride ion batteries (FIBs) have garnered attention for their high theoretical energy density, yet they are challenged by sluggish fluorination kinetics, active material dissolution, and electrolyte instability. Here, we present a room temperature rocking‐chair aqueous FIBs featuring KOAc‐KF binary salt electrolytes, enabling concurrent fluorination and defluorination reactions at both cathode and anode electrodes. Experimental and theoretical results reveal that acetate ions in the electrolyte compete with fluoride ions in hydrogen bonding formation, weakening the excessively strong solvation between H 2 O and F − ions. This results in the suppression of detrimental HF formation and a reduced desolvation energy of F − ions, enhancing the electrochemical reaction kinetics. The bismuth‐based cathode exhibits direct conversion in the optimized electrolyte, effectively suppressing the detrimental disproportionation reactions from Bi 2+ intermediates. Additionally, zinc anode undergoes a typical fluorination process, forming solid KZnF 3 as the electrode product, minimizing the risks of hydrogen evolution. The proposed aqueous FIBs with the optimized electrolyte demonstrate high discharge capacity, long‐term cycling stability and excellent rate capabilities.
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