“质子运输高速公路可能为更好的高功率电池铺平道路”

俄勒冈州立大学的研究人员发现，两个多世纪前首次提到的化学机制可能会彻底改变车辆和电网等大功率APP的储存。

俄勒冈州立大学科学院的XiuLei(David ) ji率领的研究小组，以及阿尔贡国立研究所、加州大学河滨分校和橡树岭国立研究所的合作者，首次解释说，可能不需要扩散。 在电池的水合固体结构内输送离子电荷。

这一发现有可能改变整个大功率电化学储能模式，使用新的电极设计大致与俄亥俄州立大学博士后学者同文第一作者吴贤勇说。

调查结果今天发表在了nature energy上。

提供电池的能量密度和电容器的电力，提供具有优异循环寿命的法拉第电极始终是一大挑战，化学副教授吉说。 迄今为止，大部分的观察力集中在金属离子上——从锂开始，俯瞰周期表。

但是，合作小组抬起头-朝着氢的单一质子-他们也回顾了时间，回顾了出生于德国的立陶宛化学家theodor von grotthuss，并于1806年写下了电解质中电荷传输的相关理论。

von grotthuss只有20岁，住在充满政治动乱的地区。 当时，他在法国科学期刊上发表了关于水的分解及其在电流处理程序中所携带的物体的回忆录。

他在时间和地点的混乱中，成功地发现了这个重大的发现，吉说。 他首先明确了电解质是如何作用的，解释了现在被称为grotthuss的机制。 通过协同分解使质子移动，在水分子的氢键互联网上形成氢键和oh共价键。

以下是其结构。 wu解释说，当一个氢原子通过两个水分子从一个分子转化为另一个分子时，电荷就会发展。

他说:开关与第二个分子共价键合的氢原子脱离，在整个氢键互联网上引起了一系列类似的位移。 运动就像牛顿的摇篮。 相关的局部位移会引起质子的长距离输送。 这与液体电解质中的金属离子传导非常不同，溶剂化离子通过车辆法单独扩散长距离。

ji补充说，氢键和氢氧化物共价键的协同振动实际上使质子从水分子链的一端传播到另一端，水链内没有传递物质。

他说，分子继电器是非常有效的充电管的精髓。

这就是它的美丽。 吉曰。 如果该机制装载在电池的电极上，质子就不需要穿过晶体结构中的狭窄孔。 如果我们设计的材料是为了促进这种传导，那么这个导管已经准备好了。 我们正在建造这条魔力质子高速公路作为格子的一部分。

在他们的实验中，ji、wu和他们的合作者明确知道了普鲁士蓝色类似物turnbull蓝色电极极高的电力性能染料工业。 电极晶格内部独特的连续晶格水互联网展现了grotthuss机制承诺的宏伟。

吉说，计算科学家在理解质子跳跃是如何在水中实际发生的方面取得了很大的进展。 但是，grotthuss的理论并没有探索详细的贮藏利用，特别是在定义的氧化还原反应中，以实现该理论的影响为目的。

虽然对他们的研究结果很兴奋，但他注意到，要实现运输和电网的蓄电，电池的超快速充电和放电还没有完成。

他说，如果没有与材料科学家和电气工程师的研究相关的适当技术，这完全是理论上的事情。 电池化学物质可以在亚秒级别充电或放电吗？ 我们理论上说明了这些事情，但在昂贵的设备中实现它可能是漫长的工程之旅。 虽然目前电池社区集中在锂、钠和其他金属离子上，但质子是最感兴趣的电荷载体，可能具有很大的未知潜力。

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