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Light-Induced NH 4 + Deprotonation Drives NH 4 + /H + Hybrid Storage Toward Near-Theoretical Capacity in NH 4 V 4 O 10 Electrodes

脱质子化 化学 光激发 插层(化学) 电极 拉曼光谱 重量分析 质子 电解质 离子 光谱学 光化学 化学工程 电池(电) 无机化学 密度泛函理论 离子运输机 扩散 电化学 质子输运 本体电解 碱金属 纳米技术 电解 双功能
作者
Jiazheng Nan,Yurong You,Wenwen Zha,Linhong Xia,Qiushi Ruan,ZhengMing Sun
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (1): 1347-1355 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17886
摘要

Ammonium-ion batteries (AIBs) utilize the earth abundance, low molar mass, and small hydrated radius of NH4+ to achieve high gravimetric specific capacity, offering a sustainable alternative to metal-ion systems for large-scale energy storage. However, achieving high capacity in AIB electrodes remains challenging due to inefficient NH4+ intercalation. Here, we demonstrate that photodriven NH4+ deprotonation on the NH4V4O10 electrodes enables near-theoretical capacity through hybrid NH4+/H+ storage. Light irradiation modulates the ions intercalation kinetics, enhancing the ion diffusion contribution while maintaining pseudocapacitive behavior, boosting capacity by 76.6%. The capacity of the NH4V4O10 electrode reaches 539 mAh g–1 at 1 A g–1, approaching its theoretical capacity (589 mAh g–1). TOF-SIMS and in situ Raman spectroscopy revealed that light triggers NH4+ deprotonation at the electrode/electrolyte interface, enabling proton intercalation as the primary capacity enhancement mechanism. DFT calculations rationalize this effect by showing that photoexcitation of NH4V4O10 reduces the NH4+ deprotonation barrier on surface, and facilitates proton intercalation. Such interfacial photocontrol of NH4+ dynamics explores new pathways toward efficient ammonium-ion batteries with photo assistance.
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