夏永姚/王飞/王春生Nature子刊：0至250℃的超宽温电池！

现在，商业电池的电解质大多是由溶剂和盐组成的液体溶液，以用于迁移离子。然而，电解液的溶剂带来一些固有的限制，无论是电化学窗口、工作温度、挥发性还是可燃性。

复旦大学夏永姚、王飞、马里兰大学王春生等报告了以聚磷酸（PAA）作为一种无溶剂的质子液体电解液，它排除了溶剂的缺点，表现出前所未有的优越性，包括不可燃性、比水系电解液更宽的电化学稳定窗口（>2.5V）、低挥发性和宽工作温度范围（>400℃）。

图1. 各种H₃PO₄电解质的比较

PPA的分子式为H_n+2P_nO_3n+1，是一种由磷酸分子脱水形成的液体聚合物。与典型的大阳离子上有可用质子的质子离子液体不同，PPA的阳离子只有质子（H⁺），它的直径最小，拥有相当快的迁移速度。

因此，PPA可以直接作为质子电池的电解液，不需要溶剂。由于PPA的无溶剂特性，电极的溶解问题得到了缓解，电化学窗口从1.23V（H₂O）显著扩大到2.5V以上。这种电解液的阳极极限超过2.0V vs.AgCl/Ag，这在以前的任何液体电解液中都没有实现。此外，由于PPA的高沸点和不易燃性，它有可能在超过400℃的高温下工作。

图2. MoO₃负极的表征和电化学性能研究

基于以上优势，作者构建了一个由MoO₃负极和LiVPO₄F正极组成的非水质子电池。无溶剂的PPA与金属氧化物负极和聚阴离子正极均显示出良好的兼容性，从而使这些电极能够稳定地循环。

令人惊讶的是，该质子电池甚至可以在0℃至250℃的宽温度范围内良好运行，并在100℃和100C的高倍率下提供32%的高容量保持率，优于迄今为止报道的大多数液体电池。总体而言，这种无溶剂电解液为在恶劣条件下工作的稳定和安全电池提供一个可行的途径，并为设计宽温电解质开辟了一条道路。

图3. MoO₃||LVPF全电池的电化学性能

Solvent-free protic liquid enabling batteries operation at an ultra-wide temperature range. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33612-2

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