水系石墨双离子电池（DIBs）由于其非过渡金属结构和安全性能，在固定式储能系统中具有独特的优势。然而，目前人们对于获得高输出电压所必需的阴离子与水分子、阴离子与电极材料之间的相互作用，还缺乏深入的研究。

近日，香港城市大学支春义教授，Qi Yang报道了以3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide （PTCDI）为有机负极，石墨为正极，制备了一种高压无金属水系DIB。

文章要点

1）研究人员在三种电解液（NaTFSi、NaOtf和NaBF₄）中研究了双三氟甲烷磺酰亚胺（TFSi⁻）、CF₃SO₃⁻（Otf⁻）和BF₄⁻三种阴离子插入石墨正极的电化学行为。

2）研究人员采用改进的Vienna ab initio simulation package （VASP）和基于第一性原理的高斯计算方法计算了插层能和溶剂化能，由此确定了PTCDI-G DIBs在不同电解液中的理论电压平台。

3）实验结果显示，在NaTFSI电解液中优化的PTCDI-G DIB具有2.2 V的高放电电压平台和120 mAh g⁻¹的优异容量。此外，研究人员利用原位X射线衍射（XRD）和原位拉曼光谱对TFSI嵌入石墨的储能机理进行了深入的研究。

参考文献

Huang, Z., Hou, Y., Wang, T. et al. Manipulating anion intercalation enables a high-voltage aqueous dual ion battery. Nat Commun 12, 3106 (2021).

DOI: 10.1038/s41467-021-23369-5

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23369-5