An Ultrafast and Ultra-Low-Temperature Hydrogen Gas–Proton Battery

电池(电) 化学 质子 超短脉冲 核物理学 热力学 有机化学 功率(物理) 光学 物理 激光器
作者
Zhengxin Zhu,Weiping Wang,Yi‐Chen Yin,Yahan Meng,Zaichun Liu,Taoli Jiang,Qia Peng,Jifei Sun,Wei Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (48): 20302-20308 被引量:143
标识
DOI:10.1021/jacs.1c09529
摘要

Aqueous proton batteries are regarded as one of the most promising energy technologies for next-generation grid storage due to the distinctive merits of H+ charge carriers with small ionic radius and light weight. Various materials have been explored for aqueous proton batteries; however, their full batteries show undesirable electrochemical performance with limited rate capability and cycling stability. Here we introduce a novel aqueous proton full battery that shows remarkable rate capability, cycling stability, and ultralow temperature performance, which is driven by a hydrogen gas anode and a Prussian blue analogue cathode in a concentrated phosphoric acid electrolyte. Its operation involves hydrogen evolution/oxidation redox reactions on the anode and H+ insertion/extraction reactions on the cathode, in parallel with the ideal transfer of only H+ between these two electrodes. The fabricated aqueous hydrogen gas-proton battery exhibits an unprecedented charge/discharge capability of up to 960 C with a superior power density of 36.5 kW kg-1, along with an ultralong cycle life of over 0.35 million cycles. Furthermore, this hydrogen gas-proton battery is able to work well at an ultralow temperature of -80 °C with 54% of its room-temperature capacity and under -60 °C with a stable cycle life of 1150 cycles. This work provides new opportunities to construct aqueous proton batteries with high performance in extreme conditions for large-scale energy storage.
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