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

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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
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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