金屬通常用作電池負(fù)極的活性材料。最近，具有氧化還原活性的有機分子，如醌和胺基分子，已被用作具有氧還原正極的可充電金屬-空氣電池的負(fù)極。這里，質(zhì)子和氫氧根離子參與氧化還原反應(yīng)。這種電池表現(xiàn)出高性能，接近理論上可能的最大容量。

此外，在可充電空氣電池中使用氧化還原活性有機分子克服了與金屬相關(guān)的問題，包括“樹突”結(jié)構(gòu)的形成，這種結(jié)構(gòu)會影響電池性能，并對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，這些電池使用液體電解質(zhì)——就像金屬電池一樣——這帶來了主要的安全問題，比如高電阻、浸出效應(yīng)和易燃性。

最近，在國外某期刊上發(fā)表的一項研究中，一組研究人員開發(fā)了一種全固態(tài)可充電空氣電池(SSAB)，并對其容量和耐用性進行了研究。

研究人員選擇了一種名為2，5-二羥基-1,4-苯醌(DHBQ)的化學(xué)物質(zhì)及其聚合物聚(2,5-二羥基-1,4-苯醌-3,6-亞甲基)(PDBM)作為負(fù)極的活性材料，因為它們在酸性條件下具有穩(wěn)定和可逆的氧化還原反應(yīng)。此外，他們還利用一種叫做Nafion的質(zhì)子導(dǎo)電聚合物作為固體電解質(zhì)，從而取代了傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)。

相關(guān)人員說：“據(jù)我所知，目前還沒有開發(fā)出基于有機電極和固體聚合物電解質(zhì)的空氣電池?！?/span>

在SSAB就位后，研究人員通過實驗評估了其充放電性能、倍率特性和可循環(huán)性。他們發(fā)現(xiàn)，與使用金屬負(fù)極和有機液體電解質(zhì)的典型空氣電池不同，SSAB在水和氧氣存在的情況下不會變質(zhì)。

此外，用其聚合物對應(yīng)物PDBM取代氧化還原活性分子DHBQ形成了更好的負(fù)極。SSAB-DHBQ的每克放電容量為29.7mAh而SSAB-PDBM的每克放電容量為176.1mAh，電流密度為1mAcm^-2。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，SSAB-PDBM在4℃速率下的庫侖效率為84%，在101℃速率下逐漸下降到66%。經(jīng)過30次循環(huán)后，SSAB-PDBM的放電容量下降到44%，而通過增加負(fù)極的質(zhì)子導(dǎo)電聚合物含量，研究人員可以將其顯著提高到78%。電子顯微鏡圖像證實，添加Nafion改善了pdbm基電極的性能和耐久性。

本研究證明了SSAB的成功運作，該SSAB由氧化還原活性有機分子作為負(fù)極，質(zhì)子導(dǎo)電聚合物作為固體電解質(zhì)，氧還原擴散型正極組成。研究人員希望這將為進一步的發(fā)展鋪平道路。