IF 16.3！二维材料在高性能水系铵离子电池中的挑战与机遇

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水系铵离子电池（AAIBs）因其高安全性和快速的扩散动力学而受到广泛关注。与球形金属离子不同，NH4+与宿主材料形成氢键，导致了一种独特的存储机制。尽管已有多种电极材料被提议用于AAIBs，但其性能往往无法满足未来能源存储的需求。因此，亟需设计和开发先进的电极材料以提升AAIBs的性能。二维（2D）材料由于其可调的层间距、卓越的界面化学性质以及丰富的表面功能基团，成为铵离子存储的理想电极材料。本文综述了二维电极材料在AAIBs中的最新研究，重点介绍了其工作原理、铵离子存储机制及高性能AAIBs的设计控制策略。此外，本文还总结了二维电极材料在AAIBs发展中的未来展望，旨在推动高性能AAIBs的进步。

创新点：

1. 二维材料的可调层间距和丰富的表面功能基团使其成为水系铵离子电池理想的电极材料，能够优化铵离子的存储与传输。

2. 与传统的金属离子不同，NH4+通过氢键与宿主材料相互作用，形成了一种独特的铵离子存储机制，为电池的高效能提供了新思路。

3. 综述中提供了针对二维电极材料的设计控制策略，为提高水系铵离子电池的能量密度和循环寿命提供了具体方向。

4. 通过调节二维材料的表面化学和层间结构，不仅可以优化其铵离子存储性能，还能提高其在电池中的导电性和稳定性。

对科研工作的启发：

1. 通过调控二维材料的层间距、表面官能团等，可以实现针对不同铵离子电池需求的定制化设计，为开发高效能电池提供新的思路。

2. 铵离子通过氢键存储的机制不同于传统金属离子电池，有助于发展新型的离子存储技术，提升电池性能。

3. 二维材料的研究可以与电化学、材料科学等多个学科交叉融合，推动新型储能技术的创新发展。

4. 二维材料由于其良好的导电性和稳定性，有望提升电池的循环性能和安全性，尤其是在水系电池中表现尤为突出。

思路延伸：

1. 可以进一步研究铵离子与二维材料的氢键作用机制，探索其对电池性能的深远影响，优化电池的能量密度和功率密度。

2. 除了铵离子存储，二维材料在其他类型的水系电池或混合动力系统中的应用也值得探讨，提升其在多种储能技术中的表现。

3. 通过在二维材料中引入新的纳米结构或复合材料，提升其在铵离子存储中的可调性和稳定性，进一步提升水系铵离子电池的整体性能。

4. 水系铵离子电池相比于传统电池具有更高的安全性和环境友好性，未来可以将二维材料的研究与绿色电池技术结合，推动环境可持续发展目标的实现。

Challenges and opportunities in 2D materials for high-performance aqueous ammonium ion batteries

Natl. Sci. Rev. (IF 16.3)

Pub Date  : 2024-11-29

DOI : 10.1093/nsr/nwae433

Jie Xu, Tao Liu, Xusheng Dong, Xiaoyi Dong, Wanhai Zhou, Xiaojie Li, Dongliang Chao, Zhen Zhou, Ruizheng Zhao

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