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現在，商業電池的電解質大多是由溶劑和鹽組成的液體溶液，以用于遷移離子。然而，電解液的溶劑帶來一些固有的限制，無論是電化學窗口、工作溫度、揮發性還是可燃性。

復旦大學夏永姚、王飛、馬里蘭大學王春生等報告了以聚磷酸（PAA）作為一種無溶劑的質子液體電解液，它排除了溶劑的缺點，表現出前所未有的優越性，包括不可燃性、比水系電解液更寬的電化學穩定窗口（>2.5V）、低揮發性和寬工作溫度范圍（>400℃）。

圖1. 各種H₃PO₄電解質的比較

PPA的分子式為H_n+2P_nO_3n+1，是一種由磷酸分子脫水形成的液體聚合物。與典型的大陽離子上有可用質子的質子離子液體不同，PPA的陽離子只有質子（H⁺），它的直徑最小，擁有相當快的遷移速度。

因此，PPA可以直接作為質子電池的電解液，不需要溶劑。由于PPA的無溶劑特性，電極的溶解問題得到了緩解，電化學窗口從1.23V（H₂O）顯著擴大到2.5V以上。這種電解液的陽極極限超過2.0V vs.AgCl/Ag，這在以前的任何液體電解液中都沒有實現。此外，由于PPA的高沸點和不易燃性，它有可能在超過400℃的高溫下工作。

圖2. MoO₃負極的表征和電化學性能研究

基于以上優勢，作者構建了一個由MoO₃負極和LiVPO₄F正極組成的非水質子電池。無溶劑的PPA與金屬氧化物負極和聚陰離子正極均顯示出良好的兼容性，從而使這些電極能夠穩定地循環。

令人驚訝的是，該質子電池甚至可以在0℃至250℃的寬溫度范圍內良好運行，并在100℃和100C的高倍率下提供32%的高容量保持率，優于迄今為止報道的大多數液體電池。總體而言，這種無溶劑電解液為在惡劣條件下工作的穩定和安全電池提供一個可行的途徑，并為設計寬溫電解質開辟了一條道路。

圖3. MoO₃||LVPF全電池的電化學性能

Solvent-free protic liquid enabling batteries operation at an ultra-wide temperature range. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33612-2

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夏永姚/王飛/王春生Nature子刊：0至250℃的超寬溫電池！

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