Synchronous Redox Reactions in Copper Oxalate Enable High-Capacity Anode for Proton Battery

化学 氧化还原 草酸盐 阳极 电池(电) 质子 无机化学 电极 有机化学 物理化学 热力学 量子力学 功率(物理) 物理
作者
Wanxin Song,Jianyong Zhang,Wen Cheng,Haiyan Lü,Chunhua Han,Lin Xu,Liqiang Mai
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (7): 4762-4770 被引量:6
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12710
摘要

Proton batteries are competitive due to their merits such as high safety, low cost, and fast kinetics. However, it is generally difficult for current studies of proton batteries to combine high capacity and high stability, while the research on proton storage mechanism and redox behavior is still in its infancy. Herein, the polyanionic layered copper oxalate is proposed as the anode for a high-capacity proton battery for the first time. The copper oxalate allows for reversible proton insertion/extraction through the layered space but also achieves high capacity through synchronous redox reactions of Cu2+ and C2O42–. During the discharge process, the bivalent Cu-ion is reduced, whereas the C═O of the oxalate group is partially converted to C–O. This synchronous behavior presents two units of charge transfer, enabling the embedding of two units of protons in the (110) crystal face. As a result, the copper oxalate anode demonstrates a high specific capacity of 226 mAh g–1 and maintains stable operation over 1000 cycles with a retention of 98%. This work offers new insights into the development of dual-redox electrode materials for high-capacity proton batteries.
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