近日，来自中国科学技术大学的陈维教授在国际期刊Nano Letters上发表题为“Aqueous Organic Hydrogen Gas Proton Batteries with Ultrahigh-Rate and Ultralow-Temperature Performance”的文章。该文章构建了以氢气催化电极为负极，羰基有机电极为正极的水系有机氢气质子电池（HOP），该电池表现出了优异的倍率性能和超低温性能。图1. 水系有机氢气质子电池（HOP）的示意图及电极反应。
本 文 要 点
要点一：水系-有机氢气质子电池的构建以四氯苯醌（TCBQ）为例，构建了水系有机氢气质子电池（HOP-TCBQ），该电池正极发生质子与羰基（C=O）的配位/脱配位反应，负极在催化剂表面发生HER/HOR反应。HOP电池可表现出~0.7 V的平均电压，在1 A g-1电流密度下，比容量达到190.1 mAh g−1，接近其理论比容量（218 mAh g−1）。即使在100 A g-1高电流密度下，电池比容量仍可高达71.4 mAh g−1，并可稳定循环10万圈。图2. HOP-TCBQ电池在常温下的电化学性能。 要点二：正极动力学及机理研究不同扫速下的CV测试表明，电极反应受扩散控制。GITT测试证明，质子扩散系数在10−12 ~ 10−7 cm2 s−1间，与目前水系质子电池质子扩散系数相当。非原位XRD和非原位红外测试表明，电池在充放电过程中，正极在TCBQ和TCBQ-H之间发生可逆的电极反应。图3. (a)不同扫描速率CV曲线对应的log[i] vs log[v]图。(b)根据GITT 曲线所计算出的H+的扩散系数。(c) 0.1 A g−1下，HOP-TCBQ电池前两圈的充放电曲线。图(c)标记点对应的非原位XRD图(d)，和非原位FTIR光谱(e)。 要点三：HOP-TCBQ电池低温性能研究HOP-TCBQ 电池在-40 °C 下，0.1 A g-1电流密度下可以输出 160.9 mAhg-1 的高容量。在电流密度高达 5 A g-1 时，比容量可达到 60.9 mAh g-1 ，并在 20000 次循环后保持初始容量的92%。当温度进一步降低到-70 °C时，电池可在0.5 A g-1的电流密度下可输出50 mAh g-1 的容量，并可稳定循环超过 400 圈，这表明 HOP-TCBQ 电池在极寒环境下的实际应用具有巨大潜力。图 4. HOP-TCBQ 电池在低温下的电化学性能。(a、b）-40 °C下，电流密度为 0.1 至 5 A g-1 时的放电/充电曲线（a）和 5 A g-1 时的循环性能。(c、d）-70 °C下，电流密度为 0.1 至 5 A g-1 时的放电/充电曲线（c）以及 5 A g-1 时的循环性能（d）。 要点四：软包电池的组装与性能HOP-TCBQ质子电池在扩大至3×9 cm2尺寸后，在0.6 mA cm-2的条件下，可实现 12 mAh 的放大容量，极化电压低至148.5 mV，并可稳定循环超过 500 次，库伦效率高达 98% 以上，这显示出 HOP 电池在大规模储能应用领域的广阔前景。图 5. HOP-TCBQ 软包电池的组装和电化学性能。(a) 电极和隔膜照片。(b) HOP-TCBQ 软包电池照片。HOP-TCBQ 软包电池在 0.6 mA cm-2 时的 GCD 曲线（c），倍率性能（d）以及在 0.6 mA cm-2 时的循环性能（e）。
文 章 链 接
“Aqueous Organic Hydrogen Gas Proton Batteries with Ultrahigh-Rate and Ultralow-Temperature Performance”https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01304
通 讯 作 者 简 介
陈维，中国科学技术大学应用化学系特任教授、博士生导师，合肥微尺度物质科学国家研究中心教授。2008年于北京科技大学获材料物理学士学位；2013年于阿卜杜拉国王科技大学获材料科学与工程博士学位；2014-2018年于斯坦福大学从事博士后研究工作；2018-2019年在EEnotech公司担任科学家；2019年7月入职中国科学技术大学，专注于大规模储能电池、电催化等研究。独立建组以来，作为(共同)通讯作者在Chemical Reviews, Nature Communications (2), Joule, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition (3), Advanced Materials (3), Advanced Energy Materials (4), Advanced Functional Materials, Nano Letters (9), ACS Nano, ACS Catalysis, eScience (2), Energy Storage Materials (6) 等国际期刊发表学术论文50余篇，论文总被引10000余次，H因子50。研究成果获得美国专利5项，中国发明专利20余项。担任eScience, Nano Research Energy, Energy Materials Advances, Battery Energy, Carbon Energy, Chinese Chemical Letters, Transactions of Tianjin University杂志青年编委，Interdisciplinary Materials杂志学术编委，Catalysts杂志编委。
一、SAE J1939协议概述SAE J1939协议是由美国汽车工程师协会（SAE，Society of Automotive Engineers）定义的一种用于重型车辆和工业设备中的通信协议，主要应用于车辆和设备之间的实时数据交换。J1939基于CAN（Controller Area Network）总线技术，使用29bit的扩展标识符和扩展数据帧，CAN通信速率为250Kbps，用于车载电子控制单元（ECU）之间的通信和控制。小北同学在之前也对J1939协议做过扫盲科普【科普系列】SAE J
