除了金属离子外，质子（H+）也可以用作电荷载体，在地球上所有阳离子中的它的体积最小，重量最轻。但是，由于会形成水合氢离子（H₃O⁺），且H₃O⁺的高脱水能（11.66 eV）阻止了脱溶剂过程，通常是H₃O⁺用作电荷载体，而不是裸露的H⁺。与金属离子相比，水合氢电荷载体显示出低成本效益和可持续性优势，但H₃O⁺的大小（大于裸Li⁺且接近裸Na⁺）限制了主体材料的选择。复旦大学王永刚教授课题组提出一种基于酸性电解液中的有机pyr-4,5,9,10-四酮负极和无机MnO₂@石墨毡正极的水合氢离子电池。

本文要点：

1）该电池在负极上进行醌/氢醌氧化还原反应，在正极上进行MnO₂/Mn²⁺转化反应，同时在两个电极之间进行H₃O⁺的转移。

2）独特的运行机制为这种水合氢离子电池提供了高达132.6 Wh kg^-1的能量密度和30.8 kW kg^-1的超级电容器功率密度，以及超过5000次循环的长期循环寿命。

3）即使在−40°C下使用冷冻的电解质，这种水合氢离子电池也能很好地工作，并且在–70°C下仍具有出色的倍率性能和循环稳定性。

Zhaowei Guo, et al, An organic/inorganic electrode-based hydronium-ion battery, Nature Communications, 2020

DOI: 10.1038/s41467-020-14748-5

https://www.nature.com/articles/s41467-020-14748-5