被困的离子可能会开辟一条通往更好电池的道路，甚至更多

 
研究的通讯作者说，俄勒冈州立大学在电池研究期间的一个偶然发现对发明具有广泛科学和商业应用的新材料具有重大意义。
许多科学上最重大的挑战都源于已知可用材料的局限性，但是OSU理学院研究人员称为“反离子插入”的现象为“大量新固体的价值打开了大门，其价值超越了电池以外的其他学科”化学。”化学副教授季秀雷(David)Ji说。 “这是一个全新领域的起点。”
吉说，例如，使用这种结构设计的电池具有低成本储能的巨大潜力。与用于为手机，笔记本电脑，医疗设备，电动工具，车辆等供电的锂离子电池相比，它们更安全，更环保，并且更具成本效益。
研究结果刚刚发表在《碳能源》上。
Ji和Ph.D.研究了固体中的离子存储化学-具体而言，着眼于阴离子而不是阳离子来存储能量。学生Heng Jiang测试了锰氧化物Mn3O4作为锌离子电池的电极。
承载锌离子的测试未成功，但提供了前所未有的氯离子电池电极，表明阴离子捕获电池在阳离子被捕获后会更好地工作。
Ji说：“我们希望这标志着反离子插入作为材料设计的通用电合成方法的开端。” “电池放电或充电过程可能是强大的合成工具，而电极无法在一种类型的电池中提供理想性能的过程可能正是为另一种类型的电池制造出色的电极所需的精确电合成。”
电池有许多不同的类型，但它们的工作原理均相同，并且包含相同的基本组件：两个电极-阳极，电子从阳极流到外部电路，阴极从外部电路获取电子。电解质，是分隔电极并允许离子在电极之间流动的化学介质。
吉解释说，大多数电池都是通过阳离子来储存电能的。阳离子是缺少一个或多个电子且带正电的元素或分子。阴离子，也可以用来存储电能，是具有一个或多个额外电子并且带负电的元素或分子。
Ji说：“与可存储阳离子相比，可逆存储阴离子的已知材料更少。” “以阳离子存储为例，锂离子的可逆插入导致了锂离子电池技术的发展。”
可逆式意味着可以像手机中的电池一样对电池进行充电。
锂离子电池工作良好，因为所存储的阳离子小而轻。对于阴离子存储，理想的阴离子是卤化物-具有一个额外电子的单个卤素原子。碘，溴，氯和氟是卤素，它们的阴离子称为碘，溴，氯和氟。
吉说：“与其他已尝试过的阴离子相比，氯化物相对较轻，体积较小，例如硝酸根，硫酸根和六氟磷酸根等笨重的多原子离子，它们往往会逐渐扭曲电极结构。”
在这项研究中，在将锌阳离子(Zn2 +)截留在阴极的化学结构中之后，Mn3O4阴极可逆地存储氯化物，具有很大的功效。
Ji说：“被捕获的阳离子使Mn3O4转化，使得氯化物的可逆存储变得更加可行。” “锌和氯离子彼此之间是抗衡离子，它们之间会产生有利的相互作用，从而在容量，操作电势和循环寿命方面带来空前的性能。负离子阴极与全电池双离子电池中的锌金属阳极一起工作用水性电解质。”
双离子电池同时具有阳离子和阴离子，参与了电池的电化学还原-氧化或氧化还原反应。
吉说，使用含水电解质的双离子电池(具有水的电解质)具有“低成本储能的显着潜力”。与锂离子电池相比，它们更安全，更环保并且更具成本效益。
他说：“我们在原型袋式电池中证明了正在申请专利的电池化学性质，这已接近商业化。” “更重要的是，反离子插入看起来像是一种在整个材料科学领域具有重要电合成意义的方法。在未来三到五年内，随着许多新材料的发明，反离子插入的知识将呈指数增长。 。”