Unlocking the potential of ionic liquid-functionalized aqueous electrolytes for aqueous ammonium-bromine/ion batteries

离子液体 材料科学 水溶液 离子 电解质 无机化学 化学工程 有机化学 催化作用 物理化学 化学 冶金 电极 工程类
作者
Qing Wang,You Zhang,Huiying Li,Shengzhe Ying,Zhezheng Ding,Yan Wang,Timing Fang,Chuanlong Wei,Chunrong Ma,Bing Sun,Xiaomin Liu,Xiao Tang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:70: 103553-103553 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103553
摘要

Aqueous ammonium-ion batteries are promising candidates for grid-scale energy storage owing to their non-flammability, eco-friendliness, and low-cost. Nevertheless, their further development suffers from electrolyte/electrode instability and limited energy density. Herein, we develop an aqueous ammonium-bromine/ion battery composed of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) organic materials as the anode, Br2/Br− redox couple as the cathode, and ionic liquid-functionalized aqueous solution as the electrolyte. The experimental investigation and theoretical calculation results reveal that two organic cations (TPA+ and BMIM+) in the functionalized electrolyte can insert into the PTCDA anode with different intercalation chemistry, which enhances the reversibility of NH4+ storage. Furthermore, organic cations not only construct a hydrophobic interfacial layer to expel water molecules from the anode surface, but also stabilize the active species at the cathode side by forming a solid complexation phase. Consequently, the as-developed aqueous ammonium-bromine/ion batteries present satisfactory electrochemical performance at both room temperature and low temperature, which promotes its potential application in grid-scale energy storage.
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