mile米乐m6官网 二次电池电极中的分子离子PF₆^-是单原子离子Li⁺移动速度快于

国家研究开发机构产业技术综合研究所（以下简称“AIST”）电池技术研究部Masaru Yao及其同事与大阪公立大学国立技术学院和爱媛大学合作，开发了二次电池电极中的分子离子六氟磷酸根离子（PF）。₆^-) 是单原子离子⁺)更快。

锂离子电池，目前广泛使用的可充放电反复使用的二次电池，就是Li⁺电荷载体然而，Li⁺众所周知，由于与电解质中溶剂分子的强烈相互作用，其迁移速度较低。另一方面，分子离子与溶剂的相互作用较弱，不仅可用于电解质，还可用于固体电极。⁺更容易移动。然而，分子离子 PF₆^-是阴离子，其运动难易程度由阳离子Li决定⁺直接比较不可能，验证也很困难。

这次，通过使用高分子材料作为电极，具有能够同时传输阳离子和阴离子的特性，Li⁺和PF₆^-的运动已被评估。因此，即使在固体电极内，分子离子 PF₆^-是单原子离子Li⁺更快基于这一结果，AIST 设计了一种使用分子离子作为电荷载体的方法。分子离子电池''预计比锂离子电池具有更高的快速充电和放电特性潜力。

此研究结果的详细信息将于 2025 年 7 月 25 日发布。化学苏化学

目前，锂离子电池作为可反复充放电的二次电池被广泛使用。这是因为锂离子电池具有高能量密度，但近年来在更高容量、更高输出、更短充电时间以及安全性方面取得了进步。 Li⁺由于其受到电解液中溶剂分子的强烈吸引，其移动缓慢，此外，当溶剂分子从电解液进入电极材料时，必须经历一个脱离的过程，使得移动速度本质上很难提高到一定程度以上。

AIST 此前设计了一种新的电池系统，即“分子离子电池”，它使用分子离子作为电荷载体。[1]分子离子是小单原子离子Li⁺，与溶剂分子的吸引力小于Li⁺更高的移动速度此前已证实分子离子在电解质中很容易移动，但在电极中进行直接比较在实验上一直很困难。这次，我们重点关注具有能够交换阳离子和阴离子特性的聚合物材料。⁺的移动速度进行比较评估。

在通用锂离子电池中，Li是离子半径小的阳离子⁺作为电荷载体，在正极和负极之间来回移动。图1a显示了溶液中各种离子的电导率，Li⁺是一个低值[2]。李⁺具有较高的表面电荷密度，会吸引溶液中的许多溶剂分子，使其移动缓慢。随着离子半径的增加，相互作用的溶剂分子的数量减少，离子半径在02 nm至03 nm左右的分子离子表现出最高的电导率。此外，即使在全固态锂二次电池的研究中考虑使用聚合物电解质，Li⁺众所周知，分子阴离子（反离子）移动速度更快。在此背景下，我们提出了一种“分子离子电池”，这是一种使用分子电荷载体设计的电池（图 1b）。还有，李⁺，在负极表面上树突的成长可能会导致内部短路，这是电池的安全问题，但使用分子电荷载体还具有从根本上解决枝晶形成的优点。

另一方面，比较固体电极材料中这些阳离子和阴离子的运动并不容易。普通电极材料只能给予和接受阳离子或阴离子，当材料发生变化时，影响输入/输出特性的因素（电极构成颗粒尺寸、与导电添加剂的接触面积、电极厚度等）也会发生变化，因此无法在相同条件下进行比较。因此，我们专注于一种可以同时使用阳离子和阴离子作为电荷载体的特殊聚合物材料。李⁺的醌结构。以及在分子中转移阴离子的三苯胺结构），我们首次能够比较这两种离子在同一电极组件颗粒内的运动。

使用聚合物材料的电极表现出随着充电和放电的进行而出现两个电压平坦区域的行为（图2b）。在创建的实验系统中，分子离子 PF₆^-，但Li+在低电压区域进出，因此通过测量这些区域的行为，可以比较两种离子的运动。当各电压区域的电流值变化时，PF₆^-更好⁺更小。 （图2c）。另外，PF₆^-更好⁺的阻力。 （图2d）。这些测量结果表明分子离子PF₆^-是单原子离子Li⁺更容易移动。这被认为是由于极化固体中静电结合强度的差异造成的。

这项研究表明，使用分子离子作为电荷载体的分子离子电池具有优异的快速充电和放电特性的潜力。随着电极材料研究的进一步发展，这一结果将引领未来新型二次电池的开发。

分子离子电池仍处于基础研究阶段，但由于其高安全性和优异的快速充放电特性，有望成为下一代二次电池。未来，我们将继续开发传输分子离子的正负极材料，并致力于通过提高容量和工作电压来进一步提高能量密度。

已出版的杂志：ChemSusChem
标题：有机电池电极中作为电荷载体的分子阴离子移动速度比锂离子快：来自 2,6-双（二苯氨基）蒽醌的见解
作者姓名：佐野光^*，吉村绫^*、泽田正树、野田龙夫^*、Yohji Misaki、Masaru Yao^* (^*：通讯作者)
DOI：101002/cssc202500785

日本科学技术协会
电池技术研究部Hikaru Sano高级研究员、Masaru Yao研究组组长
大阪公立大学国立技术学院
泽田正树学生（研究时）、野田龙夫副教授
爱媛大学
特聘讲师吉村绫（研究时现为大阪公立大学讲师）、岬阳二教授

[1] M Yao、H Sano、H Ando 和 T Kiyobayashi，“分子离子电池：不使用任何元素离子作为电荷载体的可充电系统”，科学。代表5, 10962 (2015).
[2] 电化学手册，（电化学会编辑），丸善出版社（2013 年）。

电荷载体

在电池充放电过程中，电极材料和电解质中发挥离子传导作用的物质。就锂离子电池而言，锂离子 (Li⁺)充当电荷载体。[返回来源]

分子离子电池

使用单分子离子作为电荷载体的二次电池。这个概念是由Yao等人提出的。 2015 年 AIST [1]。[返回来源]

树突

具有树枝状形状的晶体。在锂离子电池中，负极上有时会生长出金属锂枝晶，这是造成电池内部短路的原因之一。[返回来源]