本发明涉及电化学储氢电极、电化学储氢材料和电化学电池。
政府资助声明
在advancedresearchprojectsagency-energy依据de-ar0000386给予的政府资助下作出本发明。政府对本发明享有某些权利。
发明背景
可充电金属氢化物(mh)电化学电池用于许多用途，如手提电脑、电话、工业用途、航空航天用途和电动车辆。
金属氢化物电化学电池的负极(阳极)可包含ab5、ab2、a2b7型、ti-ni基、mg-ni基、bcc或zr-ni基金属氢化物合金。该金属合金是储氢合金。传统ab5和a2b7合金具有大约320至大约360mah/g的容量并且具有相对高的重量。需要具有较轻重量、较高容量和较高重量能量密度的可充电电化学电池。
已经发现，包含基于一种或多种第iv族元素的储氢材料的负极作为电化学电池中的氢气充/放组分非常有效。该储氢材料例如基于硅和/或碳。
发明概述
本发明的一些非限制性方面包括下列。
a.用于电化学用途的稳定的第iv族元素基，例如稳定的硅基储氢负极。所述储氢电极可以例如与非水电解质组合物接触和/或包含允许质子传送的固体电解质界面(sei)。所述sei为所述电极提供耐腐蚀性并也可充当电化学催化剂。所述sei层的耐久性和功能对可充电电化学电池(蓄电池)的运行非常重要。由传统储氢合金制成的阳极上的典型sei含有氧化物、氢氧化物、金属夹杂物、无定形氧化物/金属缓冲液、空隙和通道。
b.包含稳定的第iv族元素基，例如稳定的硅基储氢负极和与所述电极接触的水性或非水电解质组合物的电化学电池，例如所述电解质组合物是中性或酸性的，其中所述电解质组合物具有大约7或更小的ph。
c.包含储氢负极、正极和与所述电极接触的电解质组合物的电化学电池，其中所述负极处的可逆半电池充电/放电电化学反应是
例如
其中iv和si分别是稳定的第iv族元素基和稳定的硅基储氢材料。
d.用于电化学用途的储氢负极，其中所述储氢材料的放电容量是经20个充电/放电循环≥800mah/g。
e.包含储氢负极、正极和与所述电极接触的电解质组合物的电化学电池，其中所述电池表现出>100wh/kg的重量能量密度和/或>250wh/l的体积能量密度。
f.可以使用改性元素和/或化合物改变阳极的物理(密度、孔隙率、熔融温度等)、化学(合金形成热、氢化物形成热、电子相干能量、氢键强度、氢键性质等)和电化学性质(容量、倍率容量(ratecapability)、电荷保持、循环稳定性、耐腐蚀性等)。在第iv族元素基储氢阳极材料的情况下，合适的改性元素包括1.结构改性剂：促进材料的无定形相的元素，如b；2.h-键强度改性剂：调节电池电压的元素，如碱土金属、过渡金属、稀土金属和选自周期表第iii和v族的其它金属；和3.sei改性剂：延长循环稳定性和降低sei层的温度敏感性的元素，包括非金属元素，如o、f、p、cl等。
详细公开
公开了基于一种或多种第iv族元素，例如基于si和/或碳的储氢负极。该储氢电极可用于电化学电池。该电池包含具有大约7或更小的ph的例如非水或水性的电解质组合物。
在本电化学电池中，相信负极处的可逆半电池电化学反应是
其中iv是基于一种或多种第iv族元素的储氢材料。
在硅基储氢负极的情况下，相信负极处的可逆半电池电化学反应是
其中si是硅基储氢材料。
在充电状态下，负极被还原并含有储存的氢气，而正极被氧化。在放电过程中，质子离开负极(阳极)并经电解质组合物迁移到正极(阴极)，而它们的相关电子经外部电路离开阳极。
本电池可充电并在充电/放电循环过程中，负极可逆充放氢气，金属氢化物电池中的镍金属氢化物阳极也如此，尽管可能不经过相同机制。本电化学电池可以被视为“氢化物电池”或“非金属氢化物电池”或“可充电质子电池”。
该储氢负极包含基于一种或多种第iv族元素，例如基于硅的储氢材料。该储氢材料能够在电化学电池的循环过程中可逆充放氢气。例如，充氢机制可以是质子插层。同样地，术语“储氢”是指能够在电化学电池的循环过程中可逆充放氢气。
术语“基于”或“-基”是指该储氢材料包含基于储氢材料的总重量计多于27重量％的一种或多种第iv族元素。“硅基”是指该储氢材料含有基于储氢材料的总重量计>27重量％的si。
第iv族元素包括硅、碳、锗和锡。第iv族也被称作碳族或周期表的第14族。
例如，该储氢材料含有基于储氢材料计≥28重量％、≥29重量％、≥30重量％、≥33重量％、≥35重量％、≥40重量％、≥45重量％、≥50重量％、≥55重量％、≥60重量％、≥65重量％、≥70重量％、≥75重量％、≥80重量％、≥85重量％、≥90重量％、≥95重量％、≥96重量％、≥97重量％、≥98重量％或≥99重量％的选自第iv族元素的一种或多种元素，例如si和/或碳。
术语“稳定”是指阳极经电化学电池的100个充电/放电循环表现出≤10％容量衰减。例如，阳极可经100个充电/放电循环表现出≤9％、≤8％、≤7％、≤6％、≤5％或≤4％容量衰减。
经100个循环在一定充电/放电倍率下的容量衰减百分比被定义为[(caph-capl)/caph]·100，其中caph是放电容量的最高值，且capl是放电容量的最低值。典型的半电池循环模式是以c/5放电倍率达到110％充电状态(5.5h)和以c/5倍率放电至0.9vvs.标准ni(oh)2/niooh或-0.5vvs.hg/hgo参比电极的截止电压。
阳极可以由或基本由储氢材料构成，或者，阳极可包含储氢材料和基底。例如，该储氢材料可吸附在基底，如金属、玻璃、塑料或无机基底上。无机基底包括石墨。
例如，该储氢材料可包含硅。硅可以有利地为无定形的(a-si)。无定形硅可经化学气相沉积(cvd)技术，例如经等离子体增强化学气相沉积技术(pecvd)以薄膜形式沉积到基底上。
可以在制备阳极之前或之后将硅氢化以制备氢化硅。例如，可以在制备阳极之前或之后将无定形硅氢化以制备a-si:h。因此，可以在制备电化学器件之前将阳极氢化。例如，可以通过化学气相沉积制备氢化无定形si(a-si:h)薄膜。可以通过rf-溅射的a-si沉积，接着氢化制备a-si:h薄膜。
该储氢材料可包含掺杂硅或掺杂氢化硅，例如p-型硅或氢化p-型硅。p-型硅是例如被al掺杂的硅。例如被膦或硼掺杂的硅或氢化硅也合适。例如，该储氢材料是掺杂氢化无定形硅(掺杂a-si:h)。
合适的a-si膜厚度例如>20nm、≥50nm、≥90nm、≥120nm或≥180nm。例如，合适的a-si膜厚度为大约90纳米至大约10微米、大约100纳米至大约5微米、大约150纳米至大约3微米、大约150纳米至大约2微米或大约150纳米至大约1微米。
硅可以是微晶(microcrystallin)硅或纳晶(nanocrystalline)硅，其通常为含有小硅晶体的无定形硅形式。硅也可以是单晶硅、多晶或原晶(protocrystalline)。
硅可以是多孔硅(p-si)。多孔硅的类型包括微孔、介孔和大孔，平均孔径分别小于大约2纳米、大约2纳米至大约50纳米和大于大约50纳米。
该储氢材料可含有一种或多种不同形式的硅。
该储氢材料包括硅的合金，例如硅与碳、锗和锡的一种或多种的合金。例如硅和碳的无定形合金(无定形碳化硅)或硅和锗的合金或硅和锡的合金。硅和碳的无定形合金也可以氢化以制备a-si1-xcx:h，其中x为例如大约0.01至大约0.99、大约0.05至大约0.95或大约0.1至大约0.9。
也可以在制备电化学器件之前将本发明的其它储氢材料氢化。
氢化例如在氢气下在大于大气压的压力下进行。氢压为例如大约2atm至大约20atm。氢化可以在提高的温度，例如大约25℃至大约500℃下进行。氢化可以电化学进行。
储氢材料包括碳和石墨材料，如天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、软碳、硬碳、不可石墨化碳、炭黑、碳纳米管、富勒烯、活性炭、结晶碳和无定形碳。
该储氢材料可包括一种或多种附加元素，例如选自结构改性剂(促进材料的无定形相的元素)、氢键强度改性剂和固体电解质界面(sei)改性剂的一种或多种附加元素。
结构改性剂包括例如b。
氢键改性剂包括例如碱土金属、过渡金属、稀土金属和周期表的其它第iii和v族金属。
sei改性剂包括非金属，如o、f、p、cl等。
除储氢材料外，该阳极可进一步包括粘合剂和/或导电材料和/或其它添加剂。该电极组装件可包括粘附到集流体，如金属箔基底上的这些混合物。
粘合剂有助于将储氢材料和导电材料和该混合物耦合到集流体上。粘合剂包括聚(四氟乙烯)(ptfe)、丙烯腈和丁二烯的共聚物(nbr)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(cmc)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯聚合物(epdm)、磺化epdm、苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)、氟橡胶、它们的共聚物和它们的混合物。粘合剂可以以电极组装件的总重量的大约1至大约50重量％使用。
导电材料可以为电极组装件的总重量的大约1至大约20重量％。导电材料包括石墨材料，如天然石墨、人造石墨、炭黑，如乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑或灯黑，导电纤维，如碳纤维或金属纤维，金属粉末，如氟化碳、铝或镍粉末，导电金属氧化物，如氧化锌、钛酸钾或titanoxide和其它导电材料，如聚苯衍生物。
填料可用作控制阳极膨胀的组分。填料包括烯烃基聚合物，如聚乙烯或聚丙烯，和纤维材料，如玻璃纤维或碳纤维。
该负极可有利地包含负极总重量(电极组装件的总重量)的≥30重量％的所述一种或多种第iv族元素；例如按重量计≥35％、≥40％、≥45％、≥50％、≥55％、≥60％、≥65％、≥70％、≥75％≥80％、≥85％或≥90％的所述一种或多种第iv族元素。负极的总重量包括储氢材料和任选组分，如基底、粘合剂、导电材料和添加剂。
通常在阴极和阳极之间插入隔板，其例如是确保高离子(质子)传输的绝缘薄膜。该隔板通常具有大约0.01至大约10微米的孔径和大约5至大约300微米的厚度。隔板材料包括包含玻璃纤维、棉、尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和牛皮纸等材料的片材或无纺布。
正极的活性材料(阴极活性材料)参与充电/放电反应。合适的活性材料包括氢氧化镍活性材料，即氢氧化镍或改性氢氧化镍。
阴极材料可包含具有至少一种改性剂的多相无序氢氧化镍材料。所述至少一种改性剂是例如金属、金属氧化物、金属氧化物合金、金属氢化物和/或金属氢化物合金。例如，改性剂是选自al、ba、ca、f、k、li、mg、na、sr、bi、co、cr、cu、fe、in、lah3、mn、ru、sb、sn、tih2、tio和zn的一种或多种组分。在美国专利no.5,348,822中教导了这样的材料。
合适的阴极材料可包含包括选自f、li、na、k、mg、ba、ln、se、nd、pr、y、co、zn、al、cr、mn、fe、cu、zn、sc、sn、sb、te、bi、ru和pb的至少一种改性剂，例如3种改性剂的无序多相氢氧化镍基质。例如在美国专利no.5,637,423中教导了合适的阴极材料。
阴极材料可包含固溶体状态的一种或多种第ii族元素和co改性的氢氧化镍。在美国专利no.5,366,831中教导了这样的材料。
该阴极活性材料可包含氢氧化镍和选自钴、氢氧化钴和氧化钴和碳粉的一种或多种组分。该阴极材料可进一步包含ca、sr、ba、cu、ag或y的化合物，例如ca(oh)2、cao、caf2、cas、caso4、casi2o5、cac2o4、cawo4、srco3、sr(oh)2、bao、cu2o、ag2o、y2(co3)3或y2o3。例如在美国专利no.5,451,475中教导了合适的阴极材料。
阴极活性材料可包含金属氧化物和co、ca、ag、mn、zn、v、sb、cd、y、sr、ba以及ca、sr、ba、sb、y或zn的氧化物的一种或多种。该金属氧化物是例如氧化镍和或氧化锰。在美国专利no.5,455,125中教导了这样的活性材料。
该阴极材料可含有氢氧化镍和选自y、in、sb、ba和be和co和/或ca的附加组分。在美国专利no.5,466,543中公开了这样的材料。
阴极材料可通过使硫酸镍和氢氧化铵反应形成镍铵络合物；然后使该络合物与氢氧化钠反应以形成氢氧化镍制备。该方法可提供包含co、zn和cd的一种或多种的氢氧化镍。在美国专利no.5,498,403中教导了这些材料。
阴极活性材料可包含如美国专利no.5,489,314中教导的氢氧化镍和羟基氧化钴。
阴极材料可包含如美国专利no.5,506,070中教导的氢氧化镍、一氧化钴和元素锌。
该阴极材料可包含氢氧化镍、镍粉、第二粉末以及钴、氢氧化钴和氧化钴的至少一种。第二粉末含有ca、sr、ba、cu、ag和y的一种或多种。在美国专利no.5,571,636中教导了这样的材料。
该阴极活性材料可包含具有至少部分嵌在其中的导电材料的氢氧化镍或氢氧化锰的颗粒。该导电材料可以是例如镍、镍合金、铜、铜合金；金属氧化物、氮化物、碳化物、硅化物或硼化物；或碳(石墨)。在美国专利no.6,177,213中公开了这些材料。
该阴极材料可包含含有选自al、bi、ca、co、cr、cu、fe、in、la、稀土元素、mg、mn、ru、sb、sn、ti、ba、si、sr和zn的至少三种改性剂的氢氧化镍颗粒。例如，氢氧化镍颗粒可含有至少四种改性剂，例如ca、co、mg和zn。在美国专利no.6,228,535中公开了这样的材料。
活性阴极材料例如包含氢氧化镍和碳材料，如石墨。该阴极还可包含聚合粘合剂。该聚合粘合剂是例如热塑性有机聚合物，例如选自聚乙烯醇(pva)、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯(fep)、全氟烷氧基(pfa)、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基异丁基醚、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、乙酸烯丙酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚甲醛、聚氧乙烯、聚环硫醚、聚二甲基硅氧烷、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和聚酰胺。上述这些的共混物和共聚物也合适。该聚合粘合剂也可以是弹性体或橡胶，如苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯-丙烯腈-丁二烯-丙烯酸甲酯共聚物。例如在美国专利no.6,617,072中教导了合适的活性材料。
该阴极活性材料可含有如美国专利no.7,396,379中教导的氢氧化镍和羟基氧化镍。
通常，阴极活性材料颗粒在烧结或带糊电极中形成。可通过将该材料与各种添加剂和/或粘合剂混合并将该糊施加到导电载体上制造带糊电极。优选将一种或多种钴添加剂添加到该带糊电极中。钴添加剂可包括co和/或coo以提高电导率，改进利用率和降低正极的电阻。
改性氢氧化镍可含有一种或多种改性剂，如co、cd、ag、v、sb、ca、mg、al、bi、cr、cu、fe、in、稀土元素、mn、ru、sn、ti、ba、si、sr或zn。合适的改性氢氧化镍是(ni,co,zn)(oh)2，例如为球形粉末形式。在改性氢氧化镍中，镍通常以金属的≥80原子％，例如≥90原子％的含量存在。
根据本发明，另外的阴极活性材料是可能的。另外的阴极活性材料包括过渡金属和它们的氧化物、氢氧化物、氧化物/氢氧化物和氟化物。例如，另外的阴极活性材料包括sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt和au和它们的氧化物、氢氧化物、氧化物/氢氧化物和氟化物。
例如，另外的阴极活性材料选自sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au；sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氢氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物/氢氧化物和
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氟化物。
在选自金属氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物/氢氧化物的另外的阴极活性材料中，镍可以以该金属氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物/氢氧化物的总金属的≤5、≤10、≤15、≤20、≤25、≤30、≤35、≤40、≤45、≤50、≤55、≤60、≤65、≤70、≤75、≤80或≤85原子％，例如≤90原子％的含量存在。
该电解质组合物可以是中性或酸性的，具有大约7或更小的ph。合适的电解质组合物例如教导在2014年11月13日提交的共同待审美国专利申请14/540,445和2015年3月26日提交的14/669,588中。该电解质组合物允许质子传送。
例如，该电解质组合物具有大约1、大约2、大约3、大约4、大约5或大约6至大约7的ph。
合适的电解质组合物含有一种或多种离子化合物。该离子化合物可以是选自布朗斯台德酸(质子酸)和质子铵化合物或氧鎓化合物的质子化合物。布朗斯台德酸例如具有小于或等于大约5的pka。
该离子化合物可以是选自铵化合物、氧鎓化合物、鏻化合物和碱金属或碱土金属化合物的非质子化合物。
该离子化合物含有阳离子和阴离子。
碱金属或碱土金属阳离子包括li+、na+、k+、rb+、cs+、be++、mg++、ca++、sr++和ba++。
铵离子是式+nr1r2r3r4的阳离子，其中r1、r2、r3和r4选自氢和烃基或r1-r4的两个一起构成亚烃基或r1-r4的三个一起构成亚烃基。当r1-r4的一个或多个是氢时，该铵离子是质子的。当r1-r4的所有四个是烃基或亚烃基时，该铵离子是非质子的。
铵离子还包括式r1r2n-+nr3r4r5的hydrazinium阳离子，其中r1、r2、r3、r4和r5选自氢和烃基或r1和r2一起和/或r3-r5的两个一起构成亚烃基。
铵离子还包括式ho-n+r1r2r3的羟铵阳离子，其中r1、r2和r3选自氢和烃基或r1-r3的两个一起构成亚烃基。
氧鎓离子是式+or1r2r3的带正电荷的基团，其中r1、r2和r3选自氢和烃基或r1-r3的两个一起构成亚烃基。当r1-r3的一个或多个是氢时，该氧鎓是质子的。当r1-r3的所有三个是烃基或亚烃基时，该氧鎓是非质子的。
鏻离子是式+pr1r2r3r4的带正电荷的基团，其中r1、r2、r3和r4是烃基或r1-r4的两个一起构成亚烃基。
烃基是用碳原子键合到阳离子氮、氧或磷上的任何烃类基团。亚烃基是烃基的成环形式。
烃基是例如烷基、链烯基、环烷基、环烯基、芳基或芳烷基，可以被选自卤素、羟基、c1-c4烷氧基、硫基、c1-c4烷基硫基、氨基、c1-c4烷基氨基、二-c1-c4烷基氨基、硝基、氰基、-cooh和–coo-的一个或多个基团取代。烃基也可以被选自–o-、-s-、–nh-和–n(c1-c4烷基)-的一个或多个基团插入。烃基可以被一个或多个所述基团取代并被一个或多个所述基团插入。例如，烷基、链烯基、环烷基、环烯基、芳基或芳烷基可以被选自氯、羟基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、硫基、甲硫基、甲基氨基、乙基氨基、丙基氨基、丁基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、二丙基氨基、二丁基氨基、-cooh、-coo-、氰基和硝基的1至3个基团取代和/或可以被选自–o-、-s-、–nh-和–n(c1-c4烷基)-的1至3个基团插入。
烃基还包括聚乙二醇和聚丙二醇，如r’(oc2h4)n-或r’(oc3h6)n-，其中r’是氢或烷基且n是1至50，例如1至40、1至30或1至20，例如1至10的整数。
当r1-r5的两个或三个一起构成亚烃基时，这意味着它们与n、o或p原子一起形成杂环。该环是例如5-或6-元的。该杂环可含有附加杂原子并可以是饱和或不饱和的。亚烃基是例如–(ch2)4-、-(ch2)5-、-(ch3)n-ch＝c(ch3)-ch＝、＝ch-ch＝ch-ch＝ch-、＝c(ch3)-c＝ch-ch＝ch-、＝c-c(ch3)＝ch-ch＝ch-、＝c-ch＝c(ch3)-ch＝ch-、-ch＝ch-ch＝ch-、-ch2＝ch-ch2-ch2-、-ch＝ch-n＝ch-、-ch2ch2nhch2ch2-、-ch2-ch2-n＝ch-、-ch2-ch2-o-ch2-ch2-或＝ch-(ch2)3-。该附加杂原子是例如n、o或s。
铵离子环的实例是哌啶鎓、吡咯鎓(pyrrolinium)、2,4-二甲基吡唑鎓、吡咯啉鎓(pyrrolininium)、吡咯烷鎓、吡啶鎓、吗啉鎓和甲基吡啶鎓。吡啶鎓是其中r1-r4的三个一起形成环的实例。该亚烃基环也可以成环以形成例如喹啉鎓或异喹啉鎓。
烷基是例如1至25个碳原子、支链或直链的并包括甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、2-乙基丁基、正戊基、异戊基、1-甲基戊基、1,3-二甲基丁基、正己基、1-甲基己基、正庚基、异庚基、1,1,3,3-四甲基丁基、1-甲基庚基、3-甲基庚基、正辛基、2-乙基己基、1,1,3-三甲基己基、1,1,3,3-四甲基戊基、壬基、癸基、十一烷基、1-甲基十一烷基、十二烷基、1,1,3,3,5,5-六甲基己基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、二十一烷基和二十二烷基。
部分或完全氟化是指烷基的一个、多于一个或所有氢被氟替代。全氟烷基是指烷基的所有氢被氟替代(完全氟化)。
链烯基是烷基的不饱和形式，例如烯丙基。
环烷基包括环戊基、甲基环戊基、二甲基环戊基、环己基、甲基环己基、二甲基环己基、三甲基环己基、叔丁基环己基、环庚基或环辛基。
环烯基是环烷基的不饱和形式。
芳基包括苯基、邻-、间-或对-甲基苯基、2,3-二甲基苯基、2,4-二甲基苯基、2,5-二甲基苯基、2,6-二甲基苯基、3,4-二甲基苯基、3,5-二甲基苯基、2-甲基-6-乙基苯基、4-叔丁基苯基、2-乙基苯基或2,6-二乙基苯基。
芳烷基包括苄基、α-甲基苄基、α,α-二甲基苄基和2-苯基乙基。
铵离子的实例包括质子离子，如nh4+(铵)、甲基铵、乙基铵、二甲基铵、二乙基铵、三甲基铵(nme3h+)、三乙基铵、三丁基铵、二乙基甲基铵、羟乙基铵、甲氧基甲基铵、二丁基铵、甲基丁基铵、苯铵(anilinium)、吡啶鎓、2-甲基吡啶鎓、咪唑鎓、1-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基咪唑鎓、咪唑啉鎓、1-乙基咪唑鎓、1-(4-磺丁基)-3-甲基咪唑鎓、1-烯丙基咪唑鎓、喹啉鎓、异喹啉鎓、吡咯鎓、吡咯啉鎓和吡咯烷鎓。
铵离子的实例还包括非质子离子，如1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、四甲基铵、四乙基铵、四-正丁基铵、正丁基-三-乙基铵、苄基-三-甲基铵、三-正丁基甲基铵、苄基-三-乙基铵、1-甲基吡啶鎓、1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、1,2,4-三甲基吡唑鎓、三甲基羟乙基铵(胆碱)、三-(羟乙基)甲基铵、二甲基-二(聚氧乙烯)铵、1,2,3-三甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓、1-羟乙基-3-甲基咪唑鎓、1,3-二甲基咪唑鎓、1-乙基-1-甲基哌啶鎓、4-乙基-4-甲基吗啉鎓、1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)吡啶鎓、1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓和1-乙基-3-甲基咪唑鎓。
吡咯鎓是吡咯的铵，吡咯啉鎓是吡咯啉的铵且吡咯烷鎓是吡咯烷的铵。吡咯啉可以是1-、2-或3-吡咯啉，因此包括1-、2-或3-吡咯啉的铵阳离子。
hydrazinium离子的一个实例是hydrazinium(h2nnh3+)。
羟铵离子的一个实例是羟铵(ho-nh3+)。
质子氧鎓离子的实例包括h3o+(水合氢离子)、h+o(et)2、h2eto+、h2meo+、h+o(me)2、质子化thf和质子化2-甲基-thf。
非质子氧鎓离子的实例包括+o(me)3、+o(et)3和甲基化或乙基化thf或2-甲基-thf。
me是甲基，et是乙基，nbu是正丁基，tbu(或t-丁基)是叔丁基且thf是四氢呋喃。如果没有指定，丁基是指正丁基。
鏻离子的实例包括甲基三苯基鏻、四苯基鏻、四丁基鏻、三丁基甲基鏻、三乙基甲基鏻、三己基十四烷基鏻、三苯基丙基鏻和四(羟甲基)鏻。
合适的阴离子的实例是氢氧根、硝酸根、高氯酸根、氟化氢根、烷氧根、卤离子、磷酸根、次膦酸根、膦酸根、硼酸根、羧酸根、亚硫酸根、硫酸根、磺酸根、碳酸根、酰亚胺、铝酸根、氰酸根、甲基、砷酸根、硅酸根和锑酸根。
阴离子、阳离子和离子化合物可以是例如美国专利no.6,254,797和美国公开no.2011/0045359中公开的那些。氟化氢根是hf2–。烷氧根是ro-，其中r是烃基，例如甲氧根、乙氧根、正丙氧根、异丙氧根、正丁氧根、叔丁氧根或戊氧根。烷氧根还包括其中r是全氟烷基。卤离子是氯离子、溴离子、碘离子或氟离子。磷酸根包括磷酸二氢根、磷酸氢根、烷基磷酸根、二烷基磷酸根、磷酸根、pf6-(六氟磷酸根)、hpo3f-(氟氢磷酸根)、三草酸磷酸根(top)、四氟草酸磷酸根(tfop)和氟(全氟烷基)磷酸根，如f2p(c2f5)4–、f3p(c2f5)3–(三(五氟乙基)三氟磷酸根或fap)、f4p(c2f5)2–、f2p(c3f7)4–、f3p(c3f7)3–、f4p(c3f7)2–、f2p(c4f9)4–、f3p(c4f9)3–和f4p(c4f9)2–。次膦酸根是例如烷基次膦酸氢根、二烷基次膦酸根、芳基次膦酸氢根或二芳基次膦酸根，例如双(2,4,4-三甲基苯基)次膦酸根。膦酸根是例如烷基膦酸根，如甲基膦酸根或膦酸氢根(hydrogenphosphonate)(phosphonate)。硼酸根包括原硼酸根、四羟基硼酸根、四硼酸根、四苯基硼酸根、[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]–(barf)、b(c2o4)2–(双(草酸)硼酸根)(bob)、二氟(草酸)硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、b(c6f5)4–和bf4–(四氟硼酸根)。羧酸根阴离子是式rcoo-的那些，其中r是氢或烃基并包括甲酸根、乙酸根(醋酸根)、丙酸根、正丁酸根、异丁酸根、正戊酸根、异戊酸根、辛酸根、癸酸根、苯甲酸根、水杨酸根、硫代水杨酸根、2-、3-或4-硝基苯甲酸根；柠檬酸根、草酸根、酒石酸根、乙醇酸根、葡糖酸根、苹果酸根、扁桃酸根、氨三乙酸的羧酸根、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸的羧酸根、乙二胺四乙酸的羧酸根、二亚乙基三胺五乙酸的羧酸根和卤烷基羧酸根，如氟乙酸根、二氟乙酸根、三氟乙酸根、氯乙酸根、二氯乙酸根和三氯乙酸根。亚硫酸根包括亚硫酸根和亚硫酸氢根。硫酸根包括硫酸氢根、硫酸根、硫代硫酸根和烷基硫酸根，如甲基硫酸根和乙基硫酸根。磺酸根包括烷基、芳基磺酸根和全氟烷基磺酸根，例如三氟甲磺酸根(triflate)、对甲苯磺酸根(tosylate)或甲磺酸根(mesylate)。碳酸根阴离子是例如碳酸根、碳酸氢根或烷基碳酸根，如甲基碳酸根、乙基碳酸根或丁基碳酸根。酰亚胺阴离子包括二氰胺、n(so2f)2–((双氟磺酰基)酰亚胺)、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺，如[n(so2cf3)2]–(bistriflimide)、双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺和n(cf3so2)(cf3(cf2)3so2)–和(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺。铝酸根包括al(oc(cf3)3)4–、二(三氟乙酸)草酸铝酸根(d(ac)oal)、四氯铝酸根、四氟铝酸根、四碘铝酸根和四溴铝酸根。氰酸根包括硫代氰酸根和氰酸根。甲基(methide)包括三(全氟烷基磺酰基)甲基，如三(三氟甲基磺酰基)甲基、c(cf3so2)3-。砷酸根包括砷酸根、砷酸氢根、砷酸二氢根和asf6–。硅酸根包括sif6–2。锑酸根包括sbf6–和sb(oh)6–。
例如，该质子离子化合物是h3po4、nh4so3cf3、nh4bf4、nh4oh、nh4cl、nh4br、nh4i、nh4f、nh4h2po4、(nh4)2hpo4、膦酸甲铵、甲苯磺酸吡啶鎓、氯化吡啶鎓、氯化苯胺、氯化羟铵、(nh4)2so4、硫酸肼(n2h6so4)、(nh4)hso4、nahso4、nh4bf4、h2so4、kh2po4、k2hpo4、nah2po4、na2hpo4、hbf4、h(oet2)bf4、hpf6、hasf6、hclo4、hso3cf3、h[n(so2cf3)2]或h[n(so2cf2cf3)2]。
该质子离子化合物也可以是高度非配位离子的氧鎓离子，如brookhart酸(barf酸)、[h(oet2)2][b[3,5-(cf3)2c6h3]4]。其它实例包括[h(oet2)2][b(c6f5)4](氧鎓酸)和[h(oet2)2][al(oc(cf3)3)4]。在这些情况中，该阳离子是质子化二乙基醚(二乙基醚氧鎓)。或者，该阳离子可以是其它质子化醚，例如质子化四氢呋喃(thf)。
该质子离子化合物可以是质子离子液体，如硝酸乙铵、三氟甲磺酸二乙基甲基铵(dematfo)、甲磺酸三乙铵、三氟甲磺酸2-甲基吡啶鎓、氟化铵、硝酸甲铵、硝酸羟乙铵、硝酸乙铵、硝酸二甲铵、硝酸1-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基咪唑鎓、四氟硼酸叔丁基铵、四氟硼酸羟乙铵、四氟硼酸甲基丁基铵、四氟硼酸三乙铵、四氟硼酸咪唑鎓、四氟硼酸1-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸叔丁基铵、三氟甲磺酸2-氟吡啶鎓、三氟甲磺酸羟乙铵、三氟甲磺酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸咪唑鎓、硫酸氢1-甲基咪唑鎓、氯化1-甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸1-甲基咪唑鎓、水合氢三氟甲磺酸盐、甲磺酸甲铵、甲磺酸乙铵、甲磺酸丁铵、甲磺酸甲氧基乙铵、甲磺酸二甲铵、甲磺酸二丁铵、甲磺酸三乙铵、甲磺酸二甲基乙铵、水合氢硫酸氢盐、硫酸氢铵、硫酸氢甲铵、硫酸氢乙铵、硫酸氢丙铵、硫酸氢正丁基铵、硫酸氢叔丁基铵、硫酸氢二甲铵、硫酸氢二乙铵、硫酸氢二正丁基铵、硫酸氢甲基丁基铵、硫酸氢乙基丁基铵、硫酸氢三甲铵、硫酸氢三乙铵、硫酸氢三丁铵、硫酸氢二甲基乙基铵、氟氢磷酸二丁基铵、氟氢磷酸三乙铵、氟氢磷酸三丁基铵、水合氢磷酸二氢盐、磷酸二氢甲铵、磷酸二氢乙铵、磷酸二氢丙铵、磷酸二氢正丁基铵、磷酸二氢甲氧基乙铵、磷酸二氢二甲基铵、磷酸二氢二丁基铵、磷酸二氢甲基丁基铵、氟氢化铵、氟氢化甲铵、氟氢化乙铵或氟氢化二甲铵。
羧酸是质子酸/质子化合物。羧酸具有式rcooh，其中r是氢或烃基。羧酸含有羧酸根阴离子。羧酸包括甲酸、乙酸、丙烯酸、氟乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、苯甲酸、水杨酸、2-、3-或4-硝基苯甲酸；柠檬酸、草酸、酒石酸、乙醇酸、葡糖酸、苹果酸、扁桃酸、氨三乙酸、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸、乙二胺四乙酸和二亚乙基胺五乙酸。
例如，非质子离子化合物是nme4+so3cf3-、nme4oh、net4+bf4-、nme4+cl-、net4+br-、nnbu4+i-、nnbu4+f-、net4+h2po4-、(nme4)2hpo4、甲基三苯基碘化鏻、四(羟甲基)氯化鏻、四苯基溴化鏻、氯化1-甲基吡啶鎓、苯扎氯铵、me3obf4、et3obf4、net4pf6、nme4asf6、nme4clo4、net4so3cf3、nme4[n(so2cf3)2]或net4[n(so2cf2cf3)2]。
该非质子离子化合物还可包括高度非配位阴离子，如barf，例如钠barf、na+b[3,5-(cf3)2c6h3]4]–。其它实例包括k+b(c6f5)4–和k+al(oc(cf3)3)4–。
该非质子离子化合物可以是非质子离子液体，如甲基硫酸三-正丁基甲基铵、乙基硫酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、硫氰酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碳酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1,2,3-三甲基咪唑鎓、甲基硫酸三-(羟乙基)甲基铵、甲基硫酸1,2,4-三甲基吡唑鎓、碳酸氢1,3-二甲基咪唑鎓、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫氰酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、乙基硫酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、六氟磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓、双(五氟乙基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺羧甲基-三丁基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧乙基-甲基吡咯烷鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-三甲基铵、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-甲基吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺己基三甲基铵、甲磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三乙基甲基铵、甲基碳酸1-乙基-1-甲基哌啶鎓、甲基碳酸4-乙基-4-甲基吗啉鎓、甲基碳酸1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、二丁基磷酸三乙基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、四氟硼酸四丁基鏻、对甲苯磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三丁基甲基鏻、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、二丁基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓二氰胺、氯化1-(3-氰丙基)吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)吡啶鎓、氯化1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、氯化1,3-双(氰丙基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-己基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺三己基十四烷基鏻、双(2,4,4-三甲基苯基)次膦酸三己基十四烷基鏻、溴化三己基十四烷基鏻、氯化三己基十四烷基鏻、癸酸三己基十四烷基鏻、三己基十四烷基鏻二氰胺、3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸盐或3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸甲苯磺酸盐。
羧酸盐化合物的实例是苯甲酸四甲铵、草酸四乙铵、酒石酸四丁铵、酒石酸钠、甲酸钾、乙酸四甲铵、氯化1-甲基吡啶鎓、三元柠檬酸三甲铵、2-、3-或4-硝基苯甲酸四甲铵、苯甲酸铵、水杨酸铵、草酸铵、酒石酸铵、乙酸甲基三苯基鏻、苯甲酸四(羟甲基)鏻、甲酸四(羟甲基)鏻、酒石酸单-或二-钾、一元、二元或三元柠檬酸铵；2-硝基苯甲酸铵、3-硝基苯甲酸铵、4-硝基苯甲酸铵、三氟乙酸钾和氯乙酸钾。
在多元羧酸中，铵和/或碱金属和/或碱土金属离子可替代一个或任何数量的酸性氢以形成本羧酸盐化合物。例如包括一元、二元和三元柠檬酸铵和一元、二元和三元柠檬酸钠。
离子液体是表现出≤100℃的熔点的离子化合物。
另外，离子化合物是熔点>100℃的“盐”。
离子液体通常是含有铵或鏻阳离子的铵或鏻化合物。
盐包括卤化物盐，如碱金属或碱土金属卤化物盐，如nacl、kcl或kbr以及其它具有高于100℃的熔点的离子化合物。碱金属和碱土金属盐包括例如选自硝酸根、高氯酸根、氟化氢根、卤离子、磷酸根、次膦酸根、膦酸根、硼酸根、羧酸根、亚硫酸根、硫酸根、磺酸根、碳酸根、酰亚胺、铝酸根、氰酸根、甲基、砷酸根、硅酸根和锑酸根的阴离子。
本离子化合物可以在同一分子中含有阳离子和阴离子。因此，也包括两性离子化合物(内盐)，如甜菜碱。包括含铵或鏻离子和磺酸根或硫酸根离子的两性离子。包括羟基磺基甜菜碱、4-(三苯基phosphonio)丁-1-磺酸酯、n-(三乙基铵基磺酰基)氨基甲酸甲酯(burgess试剂)和如例如美国专利no.3,471,544中教导的硫酸鏻两性离子。包括氨基磺酸。
有利地，在该电解质组合物中使用两种或更多种不同的离子化合物。例如，这两种不同的离子化合物可以是质子离子化合物和非质子离子化合物或可以是离子液体和盐。
例如，本电解质组合物可包含至少两种不同的离子液体。该电解质组合物可包含一种或多种离子液体和一种或多种盐，例如质子或非质子铵盐或碱金属盐，如碱金属卤化物。
该电解质组合物可含有羧酸盐化合物和羧酸的混合物。该电解质组合物可含有含羧酸盐的离子液体和羧酸的混合物。该电解质组合物可含有两种不同的羧酸。
该电解质组合物可含有质子酸、质子铵化合物或质子氧鎓化合物和离子液体。
如果存在至少两种不同的离子化合物，这两种不同的离子化合物的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
在这两种不同的离子化合物中，阳离子或阴离子可以相同。
该电解质组合物有利地含有离子液体。离子液体的阳离子包括上文论述的铵和鏻离子。离子液体可含有选自式(a)-(h)的阳离子
其中
各r独立地为h、c1-c16烷基或羟基c1-c16烷基，例如甲基、乙基、羟乙基或丙基且
x是ch2、o、s或nr，其中r是h或c1-c16烷基，例如h、甲基、乙基或丙基。
例如，离子液体的合适阳离子包括1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓和三己基(十四烷基)鏻。
离子液体的阴离子包括羧酸根、酰亚胺、甲基、硝酸根、氟化氢根、卤离子、硼酸根、磷酸根、次膦酸根、膦酸根、磺酸根、硫酸根、碳酸根和铝酸根。
该离子液体可含有选自下列的阴离子
[fzb(cmf2m+1)4-z]-、[fyp(cmf2m+1)6-y]-、[(cmf2m+1)2p(o)o]-、[cmf2m+1p(o)o2]2-、[o-c(o)-cmf2m+1]-、[o-s(o)2-cmf2m+1]-、[n(c(o)-cmf2m+1)2]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)2]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(s(o)2-cmf2m+1)]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(c(o)f)]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)(s(o)2f)]-、[n(s(o)2f)2]-、[c(c(o)-cmf2m+1)3]-、[c(s(o)2-cmf2m+1)3]-、
其中
y是1至6的整数，
m是1至8，例如1至4的整数，
z是1至4的整数，
x是b或al且
rw、rx、ry和rz独立地为卤素、c1-c20烷基、部分或完全氟化的c1-c20烷基、c1-c20烷氧基、部分或完全氟化的c1-c20烷氧基、c1-c20烷基-coo或部分或完全氟化的c1-c20烷基-coo且
其中任一cf2基团可被o、s(o)2、nr或ch2替代。
离子液体的阴离子可包括f2p(c2f5)4-、f3p(c2f5)3-、f4p(c2f5)2-、f2p(c3f7)4-、f3p(c3f7)3-、f4p(c3f7)2-、f2p(c4f9)4-、f3p(c4f9)3-、f4p(c4f9)2-、全氟烷基羧酸根、全氟烷基磺酸根、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺、(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺、三(全氟烷基磺酰基)甲基、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三(三氟甲基磺酰基)甲基、四氟硼酸根、螺环-氧代硼酸根和螺环-氧代磷酸根，例如双草酸硼酸根(bob)、二氟草酸硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、三草酸磷酸根、四氟草酸磷酸根和二(三氟乙酸)草酸铝酸根。
该电解质组合物可以是“非水的”，基本不含无意的水，例如按重量计电解质组合物的总重量的≤1000ppm、≤100ppm或≤10ppm水。
该电解质组合物可以有利地“无水”，即基本或完全不含水。该电解质组合物可含有按重量计电解质组合物的总重量的≤10ppm水，例如≤9、≤8、≤7、≤6、≤5或≤4ppm水。
该电解质组合物可以有利地含有溶剂。或者，该电解质组合物可以不含溶剂。例如，当在电解质组合物中使用一种或多种离子液体时，不需要溶剂。“无溶剂”是指不存在有机溶剂并且基本不存在无意的水。
如果在该电解质组合物中存在溶剂，离子化合物总量与溶剂的重量:重量比可以为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
本电解质组合物不受水的氢气和氧气析出潜力限制。因此，所公开的电化学电池可表现出>1.2v(伏特)的标称开路电压。本电池可供应最多大约6v的标称开路电压。例如，本电池可表现出大约1.2至大约6.0v、大约1.3至大约6.0v、大约1.4至大约6.0v或大约1.5至大约6.0v的标称开路电压。例如，本电池可表现出大约1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9或大约6.0v的标称开路电压。
溶剂是水和有机溶剂。
该溶剂可以基本由水构成或可以基本由有机溶剂构成。该溶剂可含有不同的水:有机溶剂比率。
当该溶剂基本由有机溶剂构成中时，水可以仅以极低含量存在，例如按重量计电解质组合物的总重量的≤1000ppm、≤100ppm或≤10ppm水。当溶剂基本由水构成时，有机溶剂可以仅以相同低量存在。
例如，该溶剂可以是水/有机溶剂混合物，其中水与有机溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
该电解质组合物可含有有机溶剂并且不含水。该电解质组合物可含有水并且不含有机溶剂。
合适的有机溶剂例如选自有机碳酸酯、醚、甘醇二甲醚、原酸酯、聚烷撑二醇、酯、内酯、二醇、甲酸酯、砜、亚砜、酰胺、醇、酮、硝基溶剂、腈溶剂及其组合。
有机碳酸酯是环状或无环的并包括碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸三亚甲酯、碳酸1,2-亚丁酯(bc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙基甲基酯(emc)、碳酸亚乙烯酯、碳酸二氟亚乙酯和碳酸单氟亚乙酯。
醚和甘醇二甲醚包括二甲氧基甲烷(dmm)、二乙氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲基醚或甘醇二甲醚)、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙二醇二乙基醚(dee)、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二乙基醚、四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2-methf)、1,3-二氧杂环己烷、1,3-二氧戊环(diox)、4-甲基-1,3-二氧戊环(4-mediox)、2-甲基-1,3-二氧戊环(2-mediox)、1,4-二氧杂环己烷、二甲基醚、乙基甲基醚、二乙基醚、二-正丁基醚、二-叔丁基醚、二-异丙基醚、甲基-叔丁基醚、乙基-叔丁基醚和叔戊基-甲基醚。
原酸酯包括三甲氧基甲烷、三乙氧基甲烷、1,4-二甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷和4-乙基-1-甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷。
聚烷撑二醇是c1-c4烷撑二醇的均低聚物或共低聚物或均聚物或共聚物。例如，聚乙二醇(peg)或单甲基、二甲基或二乙基(封端)聚乙二醇。聚烷撑二醇的重均分子量(mw)为例如大约200至大约1200克/摩尔、大约200至大约1000克/摩尔、大约200至大约900克/摩尔、大约200至大约700克/摩尔或大约200至大约500克/摩尔。包括4单体和更大的低聚物，例如四乙二醇、氟化四乙二醇和四丙二醇。例如peg200、peg300、peg400、peg500、peg600、peg700、peg800、peg900或peg1000。
酯和内酯包括γ-丁内酯(gbl)、γ-戊内酯、δ-戊内酯、乙酸乙酯(ea)、乙酸2-甲氧基乙酯、乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸2-丁氧基乙酯、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯(二乙二醇丁基醚乙酸酯，dba)、二乙酸乙二醇酯(egda)、丙酸3-乙氧基乙酯(eep)、丁酸甲酯(mb)、乙酸正戊酯(naac)、丙二醇甲基醚乙酸酯(pma)、丁酸乙酯(eb)、丙二酸二乙酯、丙二酸二甲酯和二元酯混合物(dbe)。
二元酯混合物包括例如己二酸、戊二酸和琥珀酸的甲酯。
二醇包括乙二醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丙氧基乙醇、2-异丙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇(乙二醇丁基醚，eb)、2-苯氧基乙醇、2-苄氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇(二乙二醇丁基醚，db)、丙二醇丁基醚(pb)、丙二醇甲基醚(pm)、三乙二醇(teg)、二丙二醇甲基醚(dpm)、二乙二醇甲基醚、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、全氟-1,4-丁二醇、全氟-1,5-丁二醇、氟化二乙二醇甲基醚、氟化三乙二醇、氟化三乙二醇甲基醚和氟化二乙二醇丁基醚。
甲酸酯包括甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸异丁酯和甲酸叔丁酯。
砜和亚砜包括甲基磺酰基甲烷(msm或二甲基砜)、乙基甲基砜、环丁砜和二甲亚砜(dmso)。
酰胺包括二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dma)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮(dmi)、六甲基磷酰胺(hmpa)和n,n'-二甲基-n,n'-三亚甲基脲(1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1h)-嘧啶酮(dmpu))。
醇包括例如苄醇(ba)、乙醇、三氟乙醇(2,2,2-三氟乙醇)、甲醇、异丙醇、叔丁醇和正丁醇。
酮包括例如甲乙酮(mek)和甲基-异戊酮(miak)。
硝基溶剂包括硝基苯、硝基甲烷和硝基乙烷。
腈溶剂包括乙腈、丙腈、丁腈和己二腈。
有利地，使用溶剂的混合物，例如有机碳酸酯的混合物或一种或多种有机碳酸酯和一种或多种醚或甘醇二甲醚的混合物。
可以使用其它有机溶剂，例如常见的非极性有机溶剂，包括甲苯、己烷、庚烷等。
该电解质组合物可以有利地包含离子液体和质子酸和/或有机溶剂。
本电解质组合物例如在室温(25℃)下是液体。液体包括糖浆状高粘度液体。例如，该电解质组合物具有在25℃下大约0.2cp至大约100cp的粘度。例如，该电解质组合物具有在25℃下≤100cp、≤90cp、≤80cp、≤70cp、≤50cp、≤40cp、≤30cp、≤20cp、≤10cp或≤5cp的粘度。
可以例如用旋转流变仪或用测微粘度计使用在对照控制液体计时和校准的玻璃毛细管中的滚动钢球测量粘度。也可以用dvi或dvii布鲁克菲尔德粘度计、板式粘度计或振动式粘度计测量粘度。
该电解质组合物可进一步包含选自缓蚀剂、固体电解质界面(sei)改进剂、质子释放改进剂、自放电抑制剂、抗析气剂、粘度调节剂、阴极保护剂、盐稳定剂、电导率改进剂和溶剂化剂的一种或多种添加剂。
例如，该电解质组合物可含有例如该电解质组合物的总重量的大约0.1重量％至大约15重量％的含量的一种或多种添加剂，其选自氟化油、锡酸钠、柠檬酸钠或聚丙烯酸；
hf或kf、稀土元素如y的氧化物或氢氧化物、金属卟吩，例如例如ni或fe卟吩、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸亚甲亚乙酯和碳酸氟亚乙酯；
聚二醇、聚二醇烷基醚、聚二醇烷基磷酸酯或聚山梨醇酯，如聚乙二醇(peg)、聚丙二醇、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯40或聚山梨醇酯80，或peg600和聚山梨醇酯20的混合物或peg600和zno的混合物；
磷酸酯基表面活性剂、丙磺酸内酯和氟代丙磺酸内酯；和
dmso。
第iv族元素，例如分子量为28g/mol的硅比传统金属氢化物合金轻得多。典型的ab2和ab5合金具有大约70g/mol的分子量。本电化学电池具有比传统金属氢化物电池高的重量能量密度和/或高的体积能量密度。
本可充电电池可表现出>100wh/kg的重量能量密度。例如，重量能量密度为≥110wh/kg、≥115、≥120、≥125、≥130、≥135、≥140、≥145、≥150、≥155、≥160、≥165、≥170、≥175、≥180、≥185、≥190、≥195或≥200wh/kg。
本可充电电池可表现出>250wh/l的体积能量密度，例如，体积能量密度为≥260wh/kg、≥265、≥270、≥275、≥280、≥285、≥290、≥295、≥300、≥305、≥310、≥315、≥320、≥325、≥330、≥335、≥340、≥345或≥350wh/kg。
本阳极可表现出经20个或更多个循环(经至少20个循环)≥800mah/g，例如经20个或更多个循环≥810、≥820、≥825、≥830、≥835、≥840、≥845、≥850、≥855、≥860、≥865、≥870、≥875、≥880或≥895mah/g的放电容量；基于储氢材料的重量计。
“用于电化学用途的负极”、“电化学电池”和“电化学器件”是指用于固体储氢介质器件、电池、燃料电池、空气电池系统等的电极。
本文中论述的美国专利、美国公开专利申请和美国专利申请各自经此引用并入本文。
在本文中使用冠词“一”表示一种或多于一种(即至少一种)该冠词的语法对象。例如，“一种离子液体”是指一种离子液体或多于一种离子液体。
本文中列举的任何范围包含端点。
本说明书通篇所用的术语“基本”和“大约”用于描述和虑及小波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.2％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。无论是否明确指示，本文中的所有数值被术语“大约”修饰。被术语“大约”修饰的数值当然包括该具体数值。例如，“大约5.0”必定包括5.0。
除非另行指明，本文中的所有测量在环境条件、25℃和1大气压下进行。
附图简述
图1显示实施例1的电池在25个化成循环(formationcycle)后的电化学性能。该阳极含有在镍基底上的250nma-si膜。该阴极是在镍网基底上的烧结氢氧化镍。该电解质组合物是在乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓中的2摩尔乙酸。该电池在387ma/g的充电/放电电流密度下循环。
下面是本发明的一些实施方案。
e1.用于电化学用途的稳定的第iv族元素基储氢负极；例如用于电化学用途的稳定的硅基或碳基储氢负极；例如其中所述电极包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素。
e2.根据实施方案1的电极，其包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素；例如包含>27重量％硅或>27重量％碳。
e3.根据实施方案1或2的电极，其中所述储氢材料包含无定形硅、微晶硅、纳米晶硅、单晶硅、多晶硅、原晶硅或多孔硅。
e4.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料包含无定形硅。
e5.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料包含碳；例如天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、硬碳、软碳、不可石墨化碳、炭黑、碳纳米管、富勒烯、活性炭、结晶碳或无定形碳形式的碳。
e6.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料包含硅与碳、锗和锡的一种或多种的合金，例如无定形碳化硅或硅和锗的合金或硅和锡的合金。
e7.根据前述实施方案任一项的电极，其包含在电极(预氢化负极)组装前或后氢化的储氢材料；例如其中所述储氢材料是氢化无定形硅(a-si:h)或氢化无定形碳化硅(a-si1-xcx:h，其中x为例如大约0.01至大约0.99、大约0.05至大约0.95或大约0.1至大约0.9)。
e8.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料，例如无定形硅包含在薄膜中，例如厚度>20纳米、≥50纳米、≥90纳米、≥120纳米或≥180纳米或大约90纳米至大约10微米、大约100纳米至大约5微米、大约150纳米至大约3微米、大约150纳米至大约2微米或大约150纳米至大约1微米的薄膜。
e9.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料包含在附着到基底，例如选自金属、玻璃、无机物和塑料的基底上的薄膜中。
e10.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料包含一种或多种附加元素，例如选自b、al、ga、in、as、sb、te和过渡金属的一种或多种元素。
e11.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料含有基于所述储氢材料的总重量计≥28重量％、≥29重量％、≥30重量％、≥35重量％、≥40重量％、≥45重量％、≥50重量％、≥55重量％、≥60重量％、≥65重量％、≥70重量％、≥75重量％、≥80重量％、≥85重量％、≥90重量％、≥95重量％、≥96重量％、≥97重量％、≥98重量％或≥99重量％的一种或多种选自第iv族元素的元素，例如si和/或c。
e12.根据前述实施方案任一项的电极，其包含基于所述负极的总重量计≥30重量％的所述一种或多种第iv族元素；例如≥35％、≥40％、≥45％、≥50％、≥55％、≥60％、≥65％、≥70％、≥75％≥80％、≥85％或≥90重量％的所述一种或多种第iv族元素，例如si和/或c。
e13.根据前述实施方案任一项的电极，其进一步包含选自粘合剂、导电材料和其它添加剂的一种或多种组分。
e14.根据前述实施方案任一项的电极，其包含允许质子传送的固体电解质界面。
e15.根据前述实施方案任一项的电极，其中所述储氢材料包括选自结构改性剂(促进材料的无定形相的元素)、氢键强度改性剂和固体电解质界面(sei)改性剂的一种或多种附加元素；例如选自b、碱土金属、过渡金属、稀土金属、周期表第iii或v族的其它金属、o、f、p、cl等的一种或多种附加元素。
e16.根据前述实施方案任一项的电极，其与中性或酸性的，例如具有大约7或更低；例如大约1、大约2、大约3、大约4、大约5或大约6至大约7的ph的电解质组合物接触。
e17.根据实施方案16的电极，其中所述电解质组合物包含选自质子酸、质子铵化合物、质子氧鎓化合物、非质子铵化合物、非质子氧鎓化合物、非质子鏻化合物和碱金属或碱土金属盐的一种或多种离子化合物。
e18.根据实施方案16或17的电极，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阳离子：nh4+(铵)、甲基铵、乙基铵、二甲基铵、二乙基铵、三甲基铵(nme3h+)、三乙基铵、三丁基铵、二乙基甲基铵、羟乙基铵、甲氧基甲基铵、二丁基铵、甲基丁基铵、苯铵、吡啶鎓、2-甲基吡啶鎓、咪唑鎓、1-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基咪唑鎓、咪唑啉鎓、1-乙基咪唑鎓、1-(4-磺丁基)-3-甲基咪唑鎓、1-烯丙基咪唑鎓、喹啉鎓、异喹啉鎓、吡咯鎓、吡咯啉鎓或吡咯烷鎓；
1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、四甲基铵、四乙基铵、四-正丁基铵、正丁基-三-乙基铵、苄基-三-甲基铵、三-正丁基甲基铵、苄基-三-乙基铵、1-甲基吡啶鎓、1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、1,2,4-三甲基吡唑鎓、三甲基羟乙基铵(胆碱)、三-(羟乙基)甲基铵、二甲基-二(聚氧乙烯)铵、1,2,3-三甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓、1-羟乙基-3-甲基咪唑鎓、1,3-二甲基咪唑鎓、1-乙基-1-甲基哌啶鎓、4-乙基-4-甲基吗啉鎓、1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)吡啶鎓、1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓或1-乙基-3-甲基咪唑鎓；和
甲基三苯基鏻、四苯基鏻、四丁基鏻、三丁基甲基鏻、三乙基甲基鏻、三己基十四烷基鏻、三苯基丙基鏻或四(羟甲基)鏻；
例如，所述阳离子是1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓或三己基(十四烷基)鏻。
e19.根据实施方案16-18任一项的电极，其中所述电解质组合物包含含有选自羧酸根、酰亚胺、甲基、硝酸根、氟化氢根、卤离子、硼酸根、磷酸根、次膦酸根、膦酸根、磺酸根、硫酸根、碳酸根和铝酸根的阴离子的离子化合物。
e20.根据实施方案16-19任一项的电极，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阴离子：
[fzb(cmf2m+1)4-z]-、[fyp(cmf2m+1)6-y]-、[(cmf2m+1)2p(o)o]-、[cmf2m+1p(o)o2]2-、[o-c(o)-cmf2m+1]-、[o-s(o)2-cmf2m+1]-、[n(c(o)-cmf2m+1)2]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)2]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(s(o)2-cmf2m+1)]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(c(o)f)]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)(s(o)2f)]-、[n(s(o)2f)2]-、[c(c(o)-cmf2m+1)3]-、[c(s(o)2-cmf2m+1)3]-、
其中
y是1至6的整数，
m是1至8，例如1至4的整数，
z是1至4的整数，
x是b或al且
rw、rx、ry和rz独立地为卤素、c1-c20烷基、部分或完全氟化的c1-c20烷基、c1-c20烷氧基、部分或完全氟化的c1-c20烷氧基、c1-c20烷基-coo或部分或完全氟化的c1-c20烷基-coo且
其中任一cf2基团可被o、s(o)2、nr或ch2替代。
e21.根据实施方案16-20任一项的电极，其中所述电解质组合物包含含有选自f2p(c2f5)4-、f3p(c2f5)3-、f4p(c2f5)2-、f2p(c3f7)4-、f3p(c3f7)3-、f4p(c3f7)2-、f2p(c4f9)4-、f3p(c4f9)3-、f4p(c4f9)2-、全氟烷基羧酸根、全氟烷基磺酸根、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺、(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺、三(全氟烷基磺酰基)甲基、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三(三氟甲基磺酰基)甲基、四氟硼酸根或螺环-氧代硼酸根或螺环-氧代磷酸根，例如双草酸硼酸根(bob)、二氟草酸硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、三草酸磷酸根、四氟草酸磷酸根和二(三氟乙酸)草酸铝酸根的阴离子的离子化合物。
e22.根据实施方案16-21任一项的电极，其中所述电解质组合物包含含有式rcoo-的羧酸根阴离子的离子化合物，其中r是氢或烃基；如甲酸根、乙酸根(醋酸根)、丙烯酸根、丙酸根、正丁酸根、异丁酸根、正戊酸根、异戊酸根、辛酸根、癸酸根、苯甲酸根、水杨酸根、硫代水杨酸根、2-、3-或4-硝基苯甲酸根；柠檬酸根、草酸根、酒石酸根、乙醇酸根、葡糖酸根、苹果酸根、扁桃酸根、氨三乙酸的羧酸根、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸的羧酸根、乙二胺四乙酸的羧酸根、二亚乙基三胺五乙酸的羧酸根或卤烷基羧酸根，如氟乙酸根、二氟乙酸根、三氟乙酸根、氯乙酸根、二氯乙酸根或三氯乙酸根。
e23.根据实施方案16-22任一项的电极，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有酰亚胺阴离子，如二氰胺、n(so2f)2–((双氟磺酰基)酰亚胺)、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺，如[n(so2cf3)2]–(bistriflimide)、双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺或n(cf3so2)(cf3(cf2)3so2)–或(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺；或
甲基，如三(全氟烷基磺酰基)甲基，例如三(三氟甲基磺酰基)甲基、c(cf3so2)3-；或
氟化氢根(hf2–)；或
氯离子、溴离子、碘离子或氟离子；或
硼酸根，如原硼酸根、四羟基硼酸根、四硼酸根、四苯基硼酸根、[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]–(barf)、b(c2o4)2–(双(草酸)硼酸根)(bob)、二氟(草酸)硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、b(c6f5)4–或bf4–(四氟硼酸根)；或
磷酸根，如磷酸二氢根、磷酸氢根、烷基磷酸根、二烷基磷酸根、磷酸根、pf6-(六氟磷酸根)、hpo3f-(氟氢磷酸根)、三草酸磷酸根(top)、四氟草酸磷酸根(tfop)或氟(全氟烷基)磷酸根，如f2p(c2f5)4–、f3p(c2f5)3–(三(五氟乙基)三氟磷酸根或fap)、f4p(c2f5)2–、f2p(c3f7)4–、f3p(c3f7)3–、f4p(c3f7)2–、f2p(c4f9)4–、f3p(c4f9)3–或f4p(c4f9)2–；或
磺酸根，如烷基磺酸根、芳基磺酸根或全氟烷基磺酸根，例如三氟甲磺酸根、对甲苯磺酸根或甲磺酸根；或
硫酸根，如硫酸氢根、硫酸根、硫代硫酸根或烷基硫酸根，如甲基硫酸根或乙基硫酸根；或
碳酸根阴离子，如碳酸根、碳酸氢根或烷基碳酸根，如甲基碳酸根、乙基碳酸根或丁基碳酸根；或
铝酸根，如al(oc(cf3)3)4–、二(三氟乙酸)草酸铝酸根(d(ac)oal)、四氯铝酸根、四氟铝酸根、四碘铝酸根或四溴铝酸根。
e24.根据实施方案16-23任一项的电极，其中所述电解质组合物包含离子液体。
e25.根据实施方案16-24任一项的电极，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸二乙基甲基铵(dematfo)、硝酸乙铵、甲磺酸三乙铵、三氟甲磺酸2-甲基吡啶鎓、氟化铵、硝酸甲铵、硝酸羟乙铵、硝酸乙铵、硝酸二甲铵、硝酸1-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基咪唑鎓、四氟硼酸叔丁基铵、四氟硼酸羟乙铵、四氟硼酸甲基丁基铵、四氟硼酸三乙铵、四氟硼酸咪唑鎓、四氟硼酸1-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸叔丁基铵、三氟甲磺酸2-氟吡啶鎓、三氟甲磺酸羟乙铵、三氟甲磺酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸咪唑鎓、硫酸氢1-甲基咪唑鎓、氯化1-甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸1-甲基咪唑鎓、水合氢三氟甲磺酸盐、甲磺酸甲铵、甲磺酸乙铵、甲磺酸丁铵、甲磺酸甲氧基乙铵、甲磺酸二甲铵、甲磺酸二丁铵、甲磺酸三乙铵、甲磺酸二甲基乙铵、水合氢硫酸氢盐、硫酸氢铵、硫酸氢甲铵、硫酸氢乙铵、硫酸氢丙铵、硫酸氢正丁基铵、硫酸氢叔丁基铵、硫酸氢二甲铵、硫酸氢二乙铵、硫酸氢二正丁基铵、硫酸氢甲基丁基铵、硫酸氢乙基丁基铵、硫酸氢三甲铵、硫酸氢三乙铵、硫酸氢三丁铵、硫酸氢二甲基乙基铵、氟氢磷酸二丁基铵、氟氢磷酸三乙铵、氟氢磷酸三丁基铵、水合氢磷酸二氢盐、磷酸二氢甲铵、磷酸二氢乙铵、磷酸二氢丙铵、磷酸二氢正丁基铵、磷酸二氢甲氧基乙铵、磷酸二氢二甲基铵、磷酸二氢二丁基铵、磷酸二氢甲基丁基铵、氟氢化铵、氟氢化甲铵、氟氢化乙铵和氟氢化二甲铵的离子液体。
e26.根据实施方案16-25任一项的电极，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfo)、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimbf4)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfsi)、乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimac)、三氟甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfo)、乙酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimac)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfsi)、甲基硫酸三-正丁基甲基铵、乙基硫酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、硫氰酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碳酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1,2,3-三甲基咪唑鎓、甲基硫酸三-(羟乙基)甲基铵、甲基硫酸1,2,4-三甲基吡唑鎓、碳酸氢1,3-二甲基咪唑鎓、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫氰酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、乙基硫酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺、六氟磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、双(五氟乙基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺羧甲基-三丁基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧乙基-甲基吡咯烷鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-三甲基铵、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-甲基吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺己基三甲基铵、甲磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三乙基甲基铵、甲基碳酸1-乙基-1-甲基哌啶鎓、甲基碳酸4-乙基-4-甲基吗啉鎓、甲基碳酸1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、二丁基磷酸三乙基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、四氟硼酸四丁基鏻、对甲苯磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三丁基甲基鏻、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、二丁基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓二氰胺、氯化1-(3-氰丙基)吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)吡啶鎓、氯化1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、氯化1,3-双(氰丙基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-己基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺三己基十四烷基鏻、双(2,4,4-三甲基苯基)次膦酸三己基十四烷基鏻、溴化三己基十四烷基鏻、氯化三己基十四烷基鏻、癸酸三己基十四烷基鏻、三己基十四烷基鏻二氰胺、3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸盐和3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸甲苯磺酸盐的离子液体。
e27.根据实施方案16-26任一项的电极，其中所述电解质组合物包含质子酸；例如如下质子酸盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸或高碘酸；或
硫酸氢盐，如硫酸氢钠、硫酸氢钾或硫酸氢铵；或
hasf6、hbf4、h(oet2)bf4、hpf6、h[n(so2cf3)2]或h[n(so2cf2cf3)2]。
e28.根据实施方案16-27任一项的电极，其中所述电解质组合物包含有机质子酸，如式rcooh的羧酸，其中r是氢或烃基，例如甲酸、乙酸、丙烯酸、氟乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、苯甲酸、水杨酸、2-、3-或4-硝基苯甲酸；柠檬酸、草酸、酒石酸、乙醇酸、葡糖酸、苹果酸、扁桃酸、氨三乙酸、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸、乙二胺四乙酸或二亚乙基胺五乙酸。
e29.根据实施方案16-28任一项的电极，其中所述电解质组合物包含式rso3h的质子磺酸，其中r是烷基或芳基或被1至3个卤素取代的烷基或芳基，如对甲苯磺酸、苯基磺酸、甲磺酸或三氟甲磺酸。
e30.根据实施方案16-29任一项的电极，其中所述电解质组合物包含质子酸，其是与高度非配位离子缔合的氧鎓离子，如brookhart酸(barf酸)、[h(oet2)2][b[3,5-(cf3)2c6h3]4]、[h(oet2)2][b(c6f5)4](氧鎓酸)或[h(oet2)2][al(oc(cf3)3)4]。
e31.根据实施方案16-30任一项的电极，其中所述电解质组合物包含至少两种不同的离子化合物；例如其中所述电解质组合物包含
质子离子化合物和非质子离子化合物；
两种不同的质子离子化合物；
两种不同的非质子离子化合物；
两种不同的盐；
两种不同的离子液体；
盐和离子液体，例如质子或非质子铵盐或碱金属盐，如碱金属卤化物；
质子酸、质子铵化合物或质子氧鎓化合物和离子液体，例如羧酸和离子液体。
e32.根据实施方案16-31任一项的电极，其中所述电解质组合物包含两种不同的含有相同阳离子或相同阴离子的离子化合物。
e33.根据实施方案16-32任一项的电极，其中电解质组合物包含具有大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60的重量:重量比的两种不同的离子化合物。
e34.根据实施方案16-33任一项的电极，其中所述电解质组合物不含有机溶剂和含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤1000ppm、≤100ppm或≤10ppm水；或其中所述电解质组合物含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤9、≤8、≤7、≤6、≤5或≤4ppm水。
e35.根据实施方案16-33任一项的电极，其中所述电解质组合物包含溶剂。
e36.根据实施方案16-33任一项的电极，其中所述电解质组合物包含基本由水构成的溶剂。
e37.根据实施方案16-33任一项的电极，其中所述电解质组合物包含基本由有机溶剂构成的溶剂。
e38.根据实施方案16-33任一项的电极，其中所述电解质组合物包含含有水和有机溶剂的溶剂。
e39.根据实施方案38的电极，其中水与有机溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e40.根据实施方案37-39任一项的电极，其中所述溶剂包含选自有机碳酸酯、醚、甘醇二甲醚、原酸酯、聚烷撑二醇、酯、内酯、二醇、甲酸酯、砜、亚砜、酰胺、醇、酮、硝基溶剂和腈溶剂的一种或多种溶剂。
e41.根据实施方案40的电极，其中所述电解质组合物包含有机溶剂，如有机碳酸酯，例如环状或无环有机碳酸酯，如碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸三亚甲酯、碳酸1,2-亚丁酯(bc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙基甲基酯(emc)、碳酸亚乙烯酯、碳酸二氟亚乙酯或碳酸单氟亚乙酯；或
醚和甘醇二甲醚，如二甲氧基甲烷(dmm)、二乙氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲基醚或甘醇二甲醚)、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙二醇二乙基醚(dee)、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二乙基醚、四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2-methf)、1,3-二氧杂环己烷、1,3-二氧戊环(diox)、4-甲基-1,3-二氧戊环(4-mediox)、2-甲基-1,3-二氧戊环(2-mediox)、1,4-二氧杂环己烷、二甲基醚、乙基甲基醚、二乙基醚、二-正丁基醚、二-叔丁基醚、二-异丙基醚、甲基-叔丁基醚、乙基-叔丁基醚或叔戊基-甲基醚；或
原酸酯，如三甲氧基甲烷、三乙氧基甲烷、1,4-二甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷或4-乙基-1-甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷；或
聚烷撑二醇，其是c1-c4烷撑二醇的均低聚物或共低聚物或均聚物或共聚物，如具有例如大约200至大约1200克/摩尔、大约200至大约1000克/摩尔、大约200至大约900克/摩尔、大约200至大约700克/摩尔或大约200至大约500克/摩尔的重均分子量(mw)的聚乙二醇(peg)或单甲基、二甲基或二乙基(封端)聚乙二醇，例如4单体和更大的低聚物，例如四乙二醇、氟化四乙二醇或四丙二醇，例如peg200、peg300、peg400、peg500、peg600、peg700、peg800、peg900或peg1000；或
酯或内酯，如γ-丁内酯(gbl)、γ-戊内酯、δ-戊内酯、乙酸乙酯(ea)、乙酸2-甲氧基乙酯、乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸2-丁氧基乙酯、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯(二乙二醇丁基醚乙酸酯，dba)、二乙酸乙二醇酯(egda)、丙酸3-乙氧基乙酯(eep)、丁酸甲酯(mb)、乙酸正戊酯(naac)、丙二醇甲基醚乙酸酯(pma)、丁酸乙酯(eb)、丙二酸二乙酯或丙二酸二甲酯；或二元酯混合物，如己二酸、戊二酸或琥珀酸的甲酯；或
二醇，如乙二醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丙氧基乙醇、2-异丙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇(乙二醇丁基醚，eb)、2-苯氧基乙醇、2-苄氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇(二乙二醇丁基醚，db)、丙二醇丁基醚(pb)、丙二醇甲基醚(pm)、三乙二醇(teg)、二丙二醇甲基醚(dpm)、二乙二醇甲基醚、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、全氟-1,4-丁二醇、全氟-1,5-丁二醇、氟化二乙二醇甲基醚、氟化三乙二醇、氟化三乙二醇甲基醚或氟化二乙二醇丁基醚；或
甲酸酯，如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸异丁酯或甲酸叔丁酯；或
砜或亚砜，如甲基磺酰基甲烷(msm或二甲基砜)、乙基甲基砜、环丁砜或二甲亚砜(dmso)；或
酰胺，如二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dma)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮(dmi)、六甲基磷酰胺(hmpa)或n,n'-二甲基-n,n'-三亚甲基脲(1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1h)-嘧啶酮(dmpu))；或
醇，如苄醇(ba)、乙醇、三氟乙醇(2,2,2-三氟乙醇)、甲醇、异丙醇、叔丁醇或正丁醇；或
酮，如甲乙酮(mek)或甲基-异戊酮(miak)；或
硝基溶剂，如硝基苯、硝基甲烷或硝基乙烷；或
腈溶剂，如乙腈、丙腈、丁腈或己二腈。
e42.根据实施方案16-33和35-41任一项的电极，其中所述电解质组合物包含溶剂且其中离子化合物总量与溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e43.根据实施方案16-42任一项的电极，其中所述电解质组合物进一步包含选自缓蚀剂、固体电解质界面(sei)改进剂、质子释放改进剂、自放电抑制剂、抗析气剂、粘度调节剂、阴极保护剂、盐稳定剂、电导率改进剂和溶剂化剂的一种或多种添加剂。
e44.根据实施方案16-43任一项的电极，其中所述电解质组合物含有例如所述电解质组合物的总重量的大约0.1重量％至大约15重量％的含量的一种或多种添加剂，其选自
氟化油、锡酸钠、柠檬酸钠或聚丙烯酸；
hf或kf、稀土元素如y的氧化物或氢氧化物、金属卟吩，例如ni或fe卟吩，碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸亚甲亚乙酯或碳酸氟亚乙酯；
聚二醇、聚二醇烷基醚、聚二醇烷基磷酸酯或聚山梨醇酯，如聚乙二醇(peg)、聚丙二醇、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯40或聚山梨醇酯80或peg600和聚山梨醇酯20的混合物或peg600和zno的混合物；
磷酸酯基表面活性剂、丙磺酸内酯或氟代丙磺酸内酯；和
dmso。
e45.一种可充电电化学电池，其包含根据实施方案1-15任一项的负极、正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的根据实施方案16-44任一项的电解质组合物，其中所述电池的重量能量密度为>100wh/kg、≥110wh/kg、≥115、≥120、≥125、≥130、≥135、≥140、≥145、≥150、≥155、≥160、≥165、≥170、≥175、≥180、≥185、≥190、≥195或≥200wh/kg和/或
其中所述电池的体积能量密度为>250wh/l，例如≥260wh/kg、≥265、≥270、≥275、≥280、≥285、≥290、≥295、≥300、≥305、≥310、≥315、≥320、≥325、≥330、≥335、≥340、≥345或≥350wh/kg和/或
其中所述储氢材料的放电容量经20个或更多个循环(经至少20个循环)≥800mah/g，例如经20个或更多个循环≥810、≥820、≥825、≥830、≥835、≥840、≥845、≥850、≥855、≥860、≥865、≥870、≥875、≥880或≥895mah/g。
e46.一种可充电电化学电池，其包含根据实施方案1-15任一项的负极、正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的根据实施方案16-44任一项的电解质组合物，其中所述所述负极处的可逆半电池充电/放电电化学反应是
或
其中
iv是第iv族元素基储氢材料且
si是硅基储氢材料。
e47.一种可充电电化学电池，其包含根据实施方案1-15任一项的负极、正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的根据实施方案16-44任一项的电解质组合物，
所述正极包含选自过渡金属、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化物和过渡金属氟化物的一种或多种阴极活性材料；例如，选自下列的一种或多种材料
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氢氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物/氢氧化物；和
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氟化物。
下面是本发明的更多实施方案。
e1.一种电化学电池，其包含稳定的第iv族元素基储氢负极；例如稳定的硅基或碳基储氢负极；例如其中所述负极包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素；
所述电池还包含与所述电极接触的水性或非水电解质组合物。
e2.根据实施方案1的电池，其中所述负极包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素；例如包含>27重量％硅或>27重量％碳。
e3.根据实施方案1或2的电池，其中所述储氢材料包含无定形硅、微晶硅、纳米晶硅、单晶硅、多晶硅、原晶硅或多孔硅。
e4.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含无定形硅。
e5.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含碳；例如天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、硬碳、软碳、不可石墨化碳、炭黑、碳纳米管、富勒烯、活性炭、结晶碳或无定形碳形式的碳。
e6.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含硅与碳、锗和锡的一种或多种的合金，例如无定形碳化硅或硅和锗的合金或硅和锡的合金。
e7.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料在所述电池组装前氢化(预氢化负极)；例如其中所述储氢材料是氢化无定形硅(a-si:h)或氢化无定形碳化硅(a-si1-xcx:h，其中x为例如大约0.01至大约0.99、大约0.05至大约0.95或大约0.1至大约0.9)。
e8.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料，例如无定形硅包含在薄膜中，例如厚度>20纳米、≥50纳米、≥90纳米、≥120纳米或≥180纳米或大约90纳米至大约10微米、大约100纳米至大约5微米、大约150纳米至大约3微米、大约150纳米至大约2微米或大约150纳米至大约1微米的薄膜。
e9.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含在附着到基底，例如选自金属、玻璃、无机物和塑料的基底上的薄膜中。
e10.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含一种或多种附加元素，例如选自b、al、ga、in、as、sb、te和过渡金属的一种或多种元素。
e11.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料含有基于所述储氢材料的总重量计≥28重量％、≥29重量％、≥30重量％、≥35重量％、≥40重量％、≥45重量％、≥50重量％、≥55重量％、≥60重量％、≥65重量％、≥70重量％、≥75重量％、≥80重量％、≥85重量％、≥90重量％、≥95重量％、≥96重量％、≥97重量％、≥98重量％或≥99重量％的一种或多种选自第iv族元素的元素，例如si和/或c。
e12.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极包含基于所述负极的总重量计≥30重量％的所述一种或多种第iv族元素；例如≥35％、≥40％、≥45％、≥50％、≥55％、≥60％、≥65％、≥70％、≥75％≥80％、≥85％或≥90重量％的所述一种或多种第iv族元素，例如si和/或c。
e13.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极进一步包含选自粘合剂、导电材料和其它添加剂的一种或多种组分。
e14.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极包含允许质子传送的固体电解质界面。
e15.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包括选自结构改性剂(促进材料的无定形相的元素)、氢键强度改性剂和固体电解质界面(sei)改性剂的一种或多种附加元素；例如选自b、碱土金属、过渡金属、稀土金属、周期表第iii或v族的其它金属、o、f、p、cl等的一种或多种附加元素。
e16.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物是中性或酸性的，例如具有大约7或更低；例如大约1、大约2、大约3、大约4、大约5或大约6至大约7的ph。
e17.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自质子酸、质子铵化合物、质子氧鎓化合物、非质子铵化合物、非质子氧鎓化合物、非质子鏻化合物和碱金属或碱土金属盐的一种或多种离子化合物。
e18.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阳离子：nh4+(铵)、甲基铵、乙基铵、二甲基铵、二乙基铵、三甲基铵(nme3h+)、三乙基铵、三丁基铵、二乙基甲基铵、羟乙基铵、甲氧基甲基铵、二丁基铵、甲基丁基铵、苯铵、吡啶鎓、2-甲基吡啶鎓、咪唑鎓、1-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基咪唑鎓、咪唑啉鎓、1-乙基咪唑鎓、1-(4-磺丁基)-3-甲基咪唑鎓、1-烯丙基咪唑鎓、喹啉鎓、异喹啉鎓、吡咯鎓、吡咯啉鎓或吡咯烷鎓；
1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、四甲基铵、四乙基铵、四-正丁基铵、正丁基-三-乙基铵、苄基-三-甲基铵、三-正丁基甲基铵、苄基-三-乙基铵、1-甲基吡啶鎓、1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、1,2,4-三甲基吡唑鎓、三甲基羟乙基铵(胆碱)、三-(羟乙基)甲基铵、二甲基-二(聚氧乙烯)铵、1,2,3-三甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓、1-羟乙基-3-甲基咪唑鎓、1,3-二甲基咪唑鎓、1-乙基-1-甲基哌啶鎓、4-乙基-4-甲基吗啉鎓、1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)吡啶鎓、1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓或1-乙基-3-甲基咪唑鎓；和
甲基三苯基鏻、四苯基鏻、四丁基鏻、三丁基甲基鏻、三乙基甲基鏻、三己基十四烷基鏻、三苯基丙基鏻或四(羟甲基)鏻；
例如，所述阳离子是1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓或三己基(十四烷基)鏻。
e19.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有选自羧酸根、酰亚胺、甲基、硝酸根、氟化氢根、卤离子、硼酸根、磷酸根、次膦酸根、膦酸根、磺酸根、硫酸根、碳酸根和铝酸根的阴离子的离子化合物。
e20.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阴离子：[fzb(cmf2m+1)4-z]-、[fyp(cmf2m+1)6-y]-、[(cmf2m+1)2p(o)o]-、[cmf2m+1p(o)o2]2-、[o-c(o)-cmf2m+1]-、[o-s(o)2-cmf2m+1]-、[n(c(o)-cmf2m+1)2]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)2]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(s(o)2-cmf2m+1)]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(c(o)f)]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)(s(o)2f)]-、[n(s(o)2f)2]-、[c(c(o)-cmf2m+1)3]-、[c(s(o)2-cmf2m+1)3]-、
其中
y是1至6的整数，
m是1至8，例如1至4的整数，
z是1至4的整数，
x是b或al且
rw、rx、ry和rz独立地为卤素、c1-c20烷基、部分或完全氟化的c1-c20烷基、c1-c20烷氧基、部分或完全氟化的c1-c20烷氧基、c1-c20烷基-coo或部分或完全氟化的c1-c20烷基-coo且
其中任一cf2基团可被o、s(o)2、nr或ch2替代。
e21.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有选自f2p(c2f5)4-、f3p(c2f5)3-、f4p(c2f5)2-、f2p(c3f7)4-、f3p(c3f7)3-、f4p(c3f7)2-、f2p(c4f9)4-、f3p(c4f9)3-、f4p(c4f9)2-、全氟烷基羧酸根、全氟烷基磺酸根、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺、(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺、三(全氟烷基磺酰基)甲基、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三(三氟甲基磺酰基)甲基、四氟硼酸根或螺环-氧代硼酸根或螺环-氧代磷酸根，例如双草酸硼酸根(bob)、二氟草酸硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、三草酸磷酸根、四氟草酸磷酸根和二(三氟乙酸)草酸铝酸根的阴离子的离子化合物。
e22.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有式rcoo-的羧酸根阴离子的离子化合物，其中r是氢或烃基；如甲酸根、乙酸根(醋酸根)、丙烯酸根、丙酸根、正丁酸根、异丁酸根、正戊酸根、异戊酸根、辛酸根、癸酸根、苯甲酸根、水杨酸根、硫代水杨酸根、2-、3-或4-硝基苯甲酸根；柠檬酸根、草酸根、酒石酸根、乙醇酸根、葡糖酸根、苹果酸根、扁桃酸根、氨三乙酸的羧酸根、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸的羧酸根、乙二胺四乙酸的羧酸根、二亚乙基三胺五乙酸的羧酸根或卤烷基羧酸根，如氟乙酸根、二氟乙酸根、三氟乙酸根、氯乙酸根、二氯乙酸根或三氯乙酸根。
e23.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有
酰亚胺阴离子，如二氰胺、n(so2f)2–((双氟磺酰基)酰亚胺)、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺，如[n(so2cf3)2]–(bistriflimide)、双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺或n(cf3so2)(cf3(cf2)3so2)–或(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺；或
甲基，如三(全氟烷基磺酰基)甲基，例如三(三氟甲基磺酰基)甲基、c(cf3so2)3-；或
氟化氢根(hf2–)；或
氯离子、溴离子、碘离子或氟离子；或
硼酸根，如原硼酸根、四羟基硼酸根、四硼酸根、四苯基硼酸根、[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]–(barf)、b(c2o4)2–(双(草酸)硼酸根)(bob)、二氟(草酸)硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、b(c6f5)4–或bf4–(四氟硼酸根)；或
磷酸根，如磷酸二氢根、磷酸氢根、烷基磷酸根、二烷基磷酸根、磷酸根、pf6-(六氟磷酸根)、hpo3f-(氟氢磷酸根)、三草酸磷酸根(top)、四氟草酸磷酸根(tfop)或氟(全氟烷基)磷酸根，如f2p(c2f5)4–、f3p(c2f5)3–(三(五氟乙基)三氟磷酸根或fap)、f4p(c2f5)2–、f2p(c3f7)4–、f3p(c3f7)3–、f4p(c3f7)2–、f2p(c4f9)4–、f3p(c4f9)3–或f4p(c4f9)2–；或
磺酸根，如烷基磺酸根、芳基磺酸根或全氟烷基磺酸根，例如三氟甲磺酸根、对甲苯磺酸根或甲磺酸根；或
硫酸根，如硫酸氢根、硫酸根、硫代硫酸根或烷基硫酸根，如甲基硫酸根或乙基硫酸根；或
碳酸根阴离子，如碳酸根、碳酸氢根或烷基碳酸根，如甲基碳酸根、乙基碳酸根或丁基碳酸根；或
铝酸根，如al(oc(cf3)3)4–、二(三氟乙酸)草酸铝酸根(d(ac)oal)、四氯铝酸根、四氟铝酸根、四碘铝酸根或四溴铝酸根。
e24.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子液体。
e25.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸二乙基甲基铵(dematfo)、硝酸乙铵、甲磺酸三乙铵、三氟甲磺酸2-甲基吡啶鎓、氟化铵、硝酸甲铵、硝酸羟乙铵、硝酸乙铵、硝酸二甲铵、硝酸1-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基咪唑鎓、四氟硼酸叔丁基铵、四氟硼酸羟乙铵、四氟硼酸甲基丁基铵、四氟硼酸三乙铵、四氟硼酸咪唑鎓、四氟硼酸1-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸叔丁基铵、三氟甲磺酸2-氟吡啶鎓、三氟甲磺酸羟乙铵、三氟甲磺酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸咪唑鎓、硫酸氢1-甲基咪唑鎓、氯化1-甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸1-甲基咪唑鎓、水合氢三氟甲磺酸盐、甲磺酸甲铵、甲磺酸乙铵、甲磺酸丁铵、甲磺酸甲氧基乙铵、甲磺酸二甲铵、甲磺酸二丁铵、甲磺酸三乙铵、甲磺酸二甲基乙铵、水合氢硫酸氢盐、硫酸氢铵、硫酸氢甲铵、硫酸氢乙铵、硫酸氢丙铵、硫酸氢正丁基铵、硫酸氢叔丁基铵、硫酸氢二甲铵、硫酸氢二乙铵、硫酸氢二正丁基铵、硫酸氢甲基丁基铵、硫酸氢乙基丁基铵、硫酸氢三甲铵、硫酸氢三乙铵、硫酸氢三丁铵、硫酸氢二甲基乙基铵、氟氢磷酸二丁基铵、氟氢磷酸三乙铵、氟氢磷酸三丁基铵、水合氢磷酸二氢盐、磷酸二氢甲铵、磷酸二氢乙铵、磷酸二氢丙铵、磷酸二氢正丁基铵、磷酸二氢甲氧基乙铵、磷酸二氢二甲基铵、磷酸二氢二丁基铵、磷酸二氢甲基丁基铵、氟氢化铵、氟氢化甲铵、氟氢化乙铵和氟氢化二甲铵的离子液体。
e26.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfo)、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimbf4)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfsi)、乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimac)、三氟甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfo)、乙酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimac)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfsi)、甲基硫酸三-正丁基甲基铵、乙基硫酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、硫氰酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碳酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1,2,3-三甲基咪唑鎓、甲基硫酸三-(羟乙基)甲基铵、甲基硫酸1,2,4-三甲基吡唑鎓、碳酸氢1,3-二甲基咪唑鎓、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫氰酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、乙基硫酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺、六氟磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、双(五氟乙基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺羧甲基-三丁基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧乙基-甲基吡咯烷鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-三甲基铵、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-甲基吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺己基三甲基铵、甲磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三乙基甲基铵、甲基碳酸1-乙基-1-甲基哌啶鎓、甲基碳酸4-乙基-4-甲基吗啉鎓、甲基碳酸1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、二丁基磷酸三乙基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、四氟硼酸四丁基鏻、对甲苯磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三丁基甲基鏻、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、二丁基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓二氰胺、氯化1-(3-氰丙基)吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)吡啶鎓、氯化1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、氯化1,3-双(氰丙基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-己基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺三己基十四烷基鏻、双(2,4,4-三甲基苯基)次膦酸三己基十四烷基鏻、溴化三己基十四烷基鏻、氯化三己基十四烷基鏻、癸酸三己基十四烷基鏻、三己基十四烷基鏻二氰胺、3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸盐和3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸甲苯磺酸盐的离子液体。
e27.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸；例如如下质子酸盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸或高碘酸；或
硫酸氢盐，如硫酸氢钠、硫酸氢钾或硫酸氢铵；或
hasf6、hbf4、h(oet2)bf4、hpf6、h[n(so2cf3)2]或h[n(so2cf2cf3)2]。
e28.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含有机质子酸，如式rcooh的羧酸，其中r是氢或烃基，例如甲酸、乙酸、丙烯酸、氟乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、苯甲酸、水杨酸、2-、3-或4-硝基苯甲酸；柠檬酸、草酸、酒石酸、乙醇酸、葡糖酸、苹果酸、扁桃酸、氨三乙酸、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸、乙二胺四乙酸或二亚乙基胺五乙酸。
e29.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含式rso3h的质子磺酸，其中r是烷基或芳基或被1至3个卤素取代的烷基或芳基，如对甲苯磺酸、苯基磺酸、甲磺酸或三氟甲磺酸。
e30.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸，其是与高度非配位离子缔合的氧鎓离子，如brookhart酸(barf酸)、[h(oet2)2][b[3,5-(cf3)2c6h3]4]、[h(oet2)2][b(c6f5)4](氧鎓酸)或[h(oet2)2][al(oc(cf3)3)4]。
e31.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含至少两种不同的离子化合物；例如其中所述电解质组合物包含
质子离子化合物和非质子离子化合物；
两种不同的质子离子化合物；
两种不同的非质子离子化合物；
两种不同的盐；
两种不同的离子液体；
盐和离子液体，例如质子或非质子铵盐或碱金属盐，如碱金属卤化物；
质子酸、质子铵化合物或质子氧鎓化合物和离子液体，例如羧酸和离子液体。
e32.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含两种不同的含有相同阳离子或相同阴离子的离子化合物。
e33.根据前述实施方案任一项的电池，其中电解质组合物包含具有大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60的重量:重量比的两种不同的离子化合物。
e34.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物不含有机溶剂和含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤1000ppm、≤100ppm或≤10ppm水；或其中所述电解质组合物含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤9、≤8、≤7、≤6、≤5或≤4ppm水。
e35.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含溶剂。
e36.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含基本由水构成的溶剂。
e37.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含基本由有机溶剂构成的溶剂。
e38.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有水和有机溶剂的溶剂。
e39.根据实施方案38的电池，其中水与有机溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e40.根据实施方案37-39任一项的电池，其中所述溶剂包含选自有机碳酸酯、醚、甘醇二甲醚、原酸酯、聚烷撑二醇、酯、内酯、二醇、甲酸酯、砜、亚砜、酰胺、醇、酮、硝基溶剂和腈溶剂的一种或多种溶剂。
e41.根据实施方案40的电池，其中所述电解质组合物包含有机溶剂，如
有机碳酸酯，例如环状或无环有机碳酸酯，如碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸三亚甲酯、碳酸1,2-亚丁酯(bc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙基甲基酯(emc)、碳酸亚乙烯酯、碳酸二氟亚乙酯或碳酸单氟亚乙酯；或
醚和甘醇二甲醚，如二甲氧基甲烷(dmm)、二乙氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲基醚或甘醇二甲醚)、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙二醇二乙基醚(dee)、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二乙基醚、四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2-methf)、1,3-二氧杂环己烷、1,3-二氧戊环(diox)、4-甲基-1,3-二氧戊环(4-mediox)、2-甲基-1,3-二氧戊环(2-mediox)、1,4-二氧杂环己烷、二甲基醚、乙基甲基醚、二乙基醚、二-正丁基醚、二-叔丁基醚、二-异丙基醚、甲基-叔丁基醚、乙基-叔丁基醚或叔戊基-甲基醚；或
原酸酯，如三甲氧基甲烷、三乙氧基甲烷、1,4-二甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷或4-乙基-1-甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷；或
聚烷撑二醇，其是c1-c4烷撑二醇的均低聚物或共低聚物或均聚物或共聚物，如具有例如大约200至大约1200克/摩尔、大约200至大约1000克/摩尔、大约200至大约900克/摩尔、大约200至大约700克/摩尔或大约200至大约500克/摩尔的重均分子量(mw)的聚乙二醇(peg)或单甲基、二甲基或二乙基(封端)聚乙二醇，例如4单体和更大的低聚物，例如四乙二醇、氟化四乙二醇或四丙二醇，例如peg200、peg300、peg400、peg500、peg600、peg700、peg800、peg900或peg1000；或
酯或内酯，如γ-丁内酯(gbl)、γ-戊内酯、δ-戊内酯、乙酸乙酯(ea)、乙酸2-甲氧基乙酯、乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸2-丁氧基乙酯、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯(二乙二醇丁基醚乙酸酯，dba)、二乙酸乙二醇酯(egda)、丙酸3-乙氧基乙酯(eep)、丁酸甲酯(mb)、乙酸正戊酯(naac)、丙二醇甲基醚乙酸酯(pma)、丁酸乙酯(eb)、丙二酸二乙酯或丙二酸二甲酯；或二元酯混合物，如己二酸、戊二酸或琥珀酸的甲酯；或
二醇，如乙二醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丙氧基乙醇、2-异丙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇(乙二醇丁基醚，eb)、2-苯氧基乙醇、2-苄氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇(二乙二醇丁基醚，db)、丙二醇丁基醚(pb)、丙二醇甲基醚(pm)、三乙二醇(teg)、二丙二醇甲基醚(dpm)、二乙二醇甲基醚、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、全氟-1,4-丁二醇、全氟-1,5-丁二醇、氟化二乙二醇甲基醚、氟化三乙二醇、氟化三乙二醇甲基醚或氟化二乙二醇丁基醚；或
甲酸酯，如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸异丁酯或甲酸叔丁酯；或
砜或亚砜，如甲基磺酰基甲烷(msm或二甲基砜)、乙基甲基砜、环丁砜或二甲亚砜(dmso)；或
酰胺，如二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dma)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮(dmi)、六甲基磷酰胺(hmpa)或n,n'-二甲基-n,n'-三亚甲基脲(1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1h)-嘧啶酮(dmpu))；或
醇，如苄醇(ba)、乙醇、三氟乙醇(2,2,2-三氟乙醇)、甲醇、异丙醇、叔丁醇或正丁醇；或
酮，如甲乙酮(mek)或甲基-异戊酮(miak)；或
硝基溶剂，如硝基苯、硝基甲烷或硝基乙烷；或
腈溶剂，如乙腈、丙腈、丁腈或己二腈。
e42.根据实施方案1-33和35-41任一项的电池，其中所述电解质组合物包含溶剂且其中离子化合物总量与溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e43.根据实施方案1-42任一项的电池，其中所述电解质组合物进一步包含选自缓蚀剂、固体电解质界面(sei)改进剂、质子释放改进剂、自放电抑制剂、抗析气剂、粘度调节剂、阴极保护剂、盐稳定剂、电导率改进剂和溶剂化剂的一种或多种添加剂。
e44.根据实施方案1-43任一项的电池，其中所述电解质组合物含有例如所述电解质组合物的总重量的大约0.1重量％至大约15重量％的含量的一种或多种添加剂，其选自氟化油、锡酸钠、柠檬酸钠或聚丙烯酸；
hf或kf、稀土元素如y的氧化物或氢氧化物、金属卟吩，例如ni或fe卟吩，碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸亚甲亚乙酯或碳酸氟亚乙酯；
聚二醇、聚二醇烷基醚、聚二醇烷基磷酸酯或聚山梨醇酯，如聚乙二醇(peg)、聚丙二醇、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯40或聚山梨醇酯80或peg600和聚山梨醇酯20的混合物或peg600和zno的混合物；
磷酸酯基表面活性剂、丙磺酸内酯或氟代丙磺酸内酯；和
dmso。
e45.根据前述实施方案任一项的可充电电化学电池，其包含正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的电解质组合物，其中所述电池的重量能量密度为>100wh/kg、≥110wh/kg、≥115、≥120、≥125、≥130、≥135、≥140、≥145、≥150、≥155、≥160、≥165、≥170、≥175、≥180、≥185、≥190、≥195或≥200wh/kg和/或
其中所述电池的体积能量密度为>250wh/l，例如≥260wh/kg、≥265、≥270、≥275、≥280、≥285、≥290、≥295、≥300、≥305、≥310、≥315、≥320、≥325、≥330、≥335、≥340、≥345或≥350wh/kg和/或
其中所述储氢材料的放电容量经20个或更多个循环(经至少20个循环)≥800mah/g，例如经20个或更多个循环≥810、≥820、≥825、≥830、≥835、≥840、≥845、≥850、≥855、≥860、≥865、≥870、≥875、≥880或≥895mah/g。
e46.根据前述实施方案任一项的可充电电化学电池，其包含正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的电解质组合物，其中所述负极处的可逆半电池充电/放电电化学反应是
或
其中
iv是第iv族元素基储氢材料且
si是硅基储氢材料。
e47.根据前述实施方案任一项的电池，其包含正极，所述正极包含选自过渡金属、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化物和过渡金属氟化物的一种或多种阴极活性材料；例如，选自下列的一种或多种材料
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氢氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物/氢氧化物；和
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氟化物。
下面是本发明的更多实施方案。
e1.一种可充电电化学电池，其包含稳定的第iv族元素基储氢负极；例如稳定的硅基或碳基储氢负极；例如其中所述负极包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素；
所述电池还包含正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的电解质组合物，其中所述负极处的可逆半电池充电/放电电化学反应是
或
其中
iv是第iv族元素基储氢材料且
si是硅基储氢材料。
e2.根据实施方案1的电池，其中所述负极包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素；硫包含>27重量％硅或>27重量％碳。
e3.根据实施方案1或2的电池，其中所述储氢材料包含无定形硅、微晶硅、纳米晶硅、单晶硅、多晶硅、原晶硅或多孔硅。
e4.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含无定形硅。
e5.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含碳；例如天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、硬碳、软碳、不可石墨化碳、炭黑、碳纳米管、富勒烯、活性炭、结晶碳或无定形碳形式的碳。
e6.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含硅与碳、锗和锡的一种或多种的合金，例如无定形碳化硅或硅和锗的合金或硅和锡的合金。
e7.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料在所述电池组装前氢化(预氢化负极)；例如其中所述储氢材料是氢化无定形硅(a-si:h)或氢化无定形碳化硅(a-si1-xcx:h，其中x为例如大约0.01至大约0.99、大约0.05至大约0.95或大约0.1至大约0.9)。
e8.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料，例如无定形硅包含在薄膜中，例如厚度>20纳米、≥50纳米、≥90纳米、≥120纳米或≥180纳米或大约90纳米至大约10微米、大约100纳米至大约5微米、大约150纳米至大约3微米、大约150纳米至大约2微米或大约150纳米至大约1微米的薄膜。
e9.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含在附着到基底，例如选自金属、玻璃、无机物和塑料的基底上的薄膜中。
e10.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含一种或多种附加元素，例如选自b、al、ga、in、as、sb、te和过渡金属的一种或多种元素。
e11.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料含有基于所述储氢材料的总重量计≥28重量％、≥29重量％、≥30重量％、≥35重量％、≥40重量％、≥45重量％、≥50重量％、≥55重量％、≥60重量％、≥65重量％、≥70重量％、≥75重量％、≥80重量％、≥85重量％、≥90重量％、≥95重量％、≥96重量％、≥97重量％、≥98重量％或≥99重量％的一种或多种选自第iv族元素的元素，例如si和/或c。
e12.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极包含基于所述负极的总重量计≥30重量％的所述一种或多种第iv族元素；例如≥35％、≥40％、≥45％、≥50％、≥55％、≥60％、≥65％、≥70％、≥75％≥80％、≥85％或≥90重量％的所述一种或多种第iv族元素，例如si和/或c。
e13.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极进一步包含选自粘合剂、导电材料和其它添加剂的一种或多种组分。
e14.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极包含允许质子传送的固体电解质界面。
e15.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包括选自结构改性剂(促进材料的无定形相的元素)、氢键强度改性剂和固体电解质界面(sei)改性剂的一种或多种附加元素；例如选自b、碱土金属、过渡金属、稀土金属、周期表第iii或v族的其它金属、o、f、p、cl等的一种或多种附加元素。
e16.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物是中性或酸性的，例如具有大约7或更低；例如大约1、大约2、大约3、大约4、大约5或大约6至大约7的ph。
e17.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自质子酸、质子铵化合物、质子氧鎓化合物、非质子铵化合物、非质子氧鎓化合物、非质子鏻化合物和碱金属或碱土金属盐的一种或多种离子化合物。
e18.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阳离子：nh4+(铵)、甲基铵、乙基铵、二甲基铵、二乙基铵、三甲基铵(nme3h+)、三乙基铵、三丁基铵、二乙基甲基铵、羟乙基铵、甲氧基甲基铵、二丁基铵、甲基丁基铵、苯铵、吡啶鎓、2-甲基吡啶鎓、咪唑鎓、1-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基咪唑鎓、咪唑啉鎓、1-乙基咪唑鎓、1-(4-磺丁基)-3-甲基咪唑鎓、1-烯丙基咪唑鎓、喹啉鎓、异喹啉鎓、吡咯鎓、吡咯啉鎓或吡咯烷鎓；
1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、四甲基铵、四乙基铵、四-正丁基铵、正丁基-三-乙基铵、苄基-三-甲基铵、三-正丁基甲基铵、苄基-三-乙基铵、1-甲基吡啶鎓、1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、1,2,4-三甲基吡唑鎓、三甲基羟乙基铵(胆碱)、三-(羟乙基)甲基铵、二甲基-二(聚氧乙烯)铵、1,2,3-三甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓、1-羟乙基-3-甲基咪唑鎓、1,3-二甲基咪唑鎓、1-乙基-1-甲基哌啶鎓、4-乙基-4-甲基吗啉鎓、1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)吡啶鎓、1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓或1-乙基-3-甲基咪唑鎓；和
甲基三苯基鏻、四苯基鏻、四丁基鏻、三丁基甲基鏻、三乙基甲基鏻、三己基十四烷基鏻、三苯基丙基鏻或四(羟甲基)鏻；
例如，所述阳离子是1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓或三己基(十四烷基)鏻。
e19.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有选自羧酸根、酰亚胺、甲基、硝酸根、氟化氢根、卤离子、硼酸根、磷酸根、次膦酸根、膦酸根、磺酸根、硫酸根、碳酸根和铝酸根的阴离子的离子化合物。
e20.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阴离子：[fzb(cmf2m+1)4-z]-、[fyp(cmf2m+1)6-y]-、[(cmf2m+1)2p(o)o]-、[cmf2m+1p(o)o2]2-、[o-c(o)-cmf2m+1]-、[o-s(o)2-cmf2m+1]-、[n(c(o)-cmf2m+1)2]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)2]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(s(o)2-cmf2m+1)]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(c(o)f)]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)(s(o)2f)]-、[n(s(o)2f)2]-、[c(c(o)-cmf2m+1)3]-、[c(s(o)2-cmf2m+1)3]-、
其中
y是1至6的整数，
m是1至8，例如1至4的整数，
z是1至4的整数，
x是b或al且
rw、rx、ry和rz独立地为卤素、c1-c20烷基、部分或完全氟化的c1-c20烷基、c1-c20烷氧基、部分或完全氟化的c1-c20烷氧基、c1-c20烷基-coo或部分或完全氟化的c1-c20烷基-coo且
其中任一cf2基团可被o、s(o)2、nr或ch2替代。
e21.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有选自f2p(c2f5)4-、f3p(c2f5)3-、f4p(c2f5)2-、f2p(c3f7)4-、f3p(c3f7)3-、f4p(c3f7)2-、f2p(c4f9)4-、f3p(c4f9)3-、f4p(c4f9)2-、全氟烷基羧酸根、全氟烷基磺酸根、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺、(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺、三(全氟烷基磺酰基)甲基、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三(三氟甲基磺酰基)甲基、四氟硼酸根或螺环-氧代硼酸根或螺环-氧代磷酸根，例如双草酸硼酸根(bob)、二氟草酸硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、三草酸磷酸根、四氟草酸磷酸根和二(三氟乙酸)草酸铝酸根的阴离子的离子化合物。
e22.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有式rcoo-的羧酸根阴离子的离子化合物，其中r是氢或烃基；如甲酸根、乙酸根(醋酸根)、丙烯酸根、丙酸根、正丁酸根、异丁酸根、正戊酸根、异戊酸根、辛酸根、癸酸根、苯甲酸根、水杨酸根、硫代水杨酸根、2-、3-或4-硝基苯甲酸根；柠檬酸根、草酸根、酒石酸根、乙醇酸根、葡糖酸根、苹果酸根、扁桃酸根、氨三乙酸的羧酸根、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸的羧酸根、乙二胺四乙酸的羧酸根、二亚乙基三胺五乙酸的羧酸根或卤烷基羧酸根，如氟乙酸根、二氟乙酸根、三氟乙酸根、氯乙酸根、二氯乙酸根或三氯乙酸根。
e23.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有
酰亚胺阴离子，如二氰胺、n(so2f)2–((双氟磺酰基)酰亚胺)、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺，如[n(so2cf3)2]–(bistriflimide)、双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺或n(cf3so2)(cf3(cf2)3so2)–或(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺；或
甲基，如三(全氟烷基磺酰基)甲基，例如三(三氟甲基磺酰基)甲基、c(cf3so2)3-；或
氟化氢根(hf2–)；或
氯离子、溴离子、碘离子或氟离子；或
硼酸根，如原硼酸根、四羟基硼酸根、四硼酸根、四苯基硼酸根、[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]–(barf)、b(c2o4)2–(双(草酸)硼酸根)(bob)、二氟(草酸)硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、b(c6f5)4–或bf4–(四氟硼酸根)；或
磷酸根，如磷酸二氢根、磷酸氢根、烷基磷酸根、二烷基磷酸根、磷酸根、pf6-(六氟磷酸根)、hpo3f-(氟氢磷酸根)、三草酸磷酸根(top)、四氟草酸磷酸根(tfop)或氟(全氟烷基)磷酸根，如f2p(c2f5)4–、f3p(c2f5)3–(三(五氟乙基)三氟磷酸根或fap)、f4p(c2f5)2–、f2p(c3f7)4–、f3p(c3f7)3–、f4p(c3f7)2–、f2p(c4f9)4–、f3p(c4f9)3–或f4p(c4f9)2–；或
磺酸根，如烷基磺酸根、芳基磺酸根或全氟烷基磺酸根，例如三氟甲磺酸根、对甲苯磺酸根或甲磺酸根；或
硫酸根，如硫酸氢根、硫酸根、硫代硫酸根或烷基硫酸根，如甲基硫酸根或乙基硫酸根；或
碳酸根阴离子，如碳酸根、碳酸氢根或烷基碳酸根，如甲基碳酸根、乙基碳酸根或丁基碳酸根；或
铝酸根，如al(oc(cf3)3)4–、二(三氟乙酸)草酸铝酸根(d(ac)oal)、四氯铝酸根、四氟铝酸根、四碘铝酸根或四溴铝酸根。
e24.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子液体。
e25.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸二乙基甲基铵(dematfo)、硝酸乙铵、甲磺酸三乙铵、三氟甲磺酸2-甲基吡啶鎓、氟化铵、硝酸甲铵、硝酸羟乙铵、硝酸乙铵、硝酸二甲铵、硝酸1-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基咪唑鎓、四氟硼酸叔丁基铵、四氟硼酸羟乙铵、四氟硼酸甲基丁基铵、四氟硼酸三乙铵、四氟硼酸咪唑鎓、四氟硼酸1-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸叔丁基铵、三氟甲磺酸2-氟吡啶鎓、三氟甲磺酸羟乙铵、三氟甲磺酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸咪唑鎓、硫酸氢1-甲基咪唑鎓、氯化1-甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸1-甲基咪唑鎓、水合氢三氟甲磺酸盐、甲磺酸甲铵、甲磺酸乙铵、甲磺酸丁铵、甲磺酸甲氧基乙铵、甲磺酸二甲铵、甲磺酸二丁铵、甲磺酸三乙铵、甲磺酸二甲基乙铵、水合氢硫酸氢盐、硫酸氢铵、硫酸氢甲铵、硫酸氢乙铵、硫酸氢丙铵、硫酸氢正丁基铵、硫酸氢叔丁基铵、硫酸氢二甲铵、硫酸氢二乙铵、硫酸氢二正丁基铵、硫酸氢甲基丁基铵、硫酸氢乙基丁基铵、硫酸氢三甲铵、硫酸氢三乙铵、硫酸氢三丁铵、硫酸氢二甲基乙基铵、氟氢磷酸二丁基铵、氟氢磷酸三乙铵、氟氢磷酸三丁基铵、水合氢磷酸二氢盐、磷酸二氢甲铵、磷酸二氢乙铵、磷酸二氢丙铵、磷酸二氢正丁基铵、磷酸二氢甲氧基乙铵、磷酸二氢二甲基铵、磷酸二氢二丁基铵、磷酸二氢甲基丁基铵、氟氢化铵、氟氢化甲铵、氟氢化乙铵和氟氢化二甲铵的离子液体。
e26.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfo)、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimbf4)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfsi)、乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimac)、三氟甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfo)、乙酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimac)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfsi)、甲基硫酸三-正丁基甲基铵、乙基硫酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、硫氰酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碳酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1,2,3-三甲基咪唑鎓、甲基硫酸三-(羟乙基)甲基铵、甲基硫酸1,2,4-三甲基吡唑鎓、碳酸氢1,3-二甲基咪唑鎓、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫氰酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、乙基硫酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺、六氟磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、双(五氟乙基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺羧甲基-三丁基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧乙基-甲基吡咯烷鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-三甲基铵、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-甲基吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺己基三甲基铵、甲磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三乙基甲基铵、甲基碳酸1-乙基-1-甲基哌啶鎓、甲基碳酸4-乙基-4-甲基吗啉鎓、甲基碳酸1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、二丁基磷酸三乙基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、四氟硼酸四丁基鏻、对甲苯磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三丁基甲基鏻、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、二丁基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓二氰胺、氯化1-(3-氰丙基)吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)吡啶鎓、氯化1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、氯化1,3-双(氰丙基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-己基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺三己基十四烷基鏻、双(2,4,4-三甲基苯基)次膦酸三己基十四烷基鏻、溴化三己基十四烷基鏻、氯化三己基十四烷基鏻、癸酸三己基十四烷基鏻、三己基十四烷基鏻二氰胺、3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸盐和3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸甲苯磺酸盐的离子液体。
e27.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸；例如如下质子酸盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸或高碘酸；或
硫酸氢盐，如硫酸氢钠、硫酸氢钾或硫酸氢铵；或
hasf6、hbf4、h(oet2)bf4、hpf6、h[n(so2cf3)2]或h[n(so2cf2cf3)2]。
e28.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含有机质子酸，如式rcooh的羧酸，其中r是氢或烃基，例如甲酸、乙酸、丙烯酸、氟乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、苯甲酸、水杨酸、2-、3-或4-硝基苯甲酸；柠檬酸、草酸、酒石酸、乙醇酸、葡糖酸、苹果酸、扁桃酸、氨三乙酸、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸、乙二胺四乙酸或二亚乙基胺五乙酸。
e29.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含式rso3h的质子磺酸，其中r是烷基或芳基或被1至3个卤素取代的烷基或芳基，如对甲苯磺酸、苯基磺酸、甲磺酸或三氟甲磺酸。
e30.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸，其是与高度非配位离子缔合的氧鎓离子，如brookhart酸(barf酸)、[h(oet2)2][b[3,5-(cf3)2c6h3]4]、[h(oet2)2][b(c6f5)4](氧鎓酸)或[h(oet2)2][al(oc(cf3)3)4]。
e31.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含至少两种不同的离子化合物；例如其中所述电解质组合物包含
质子离子化合物和非质子离子化合物；
两种不同的质子离子化合物；
两种不同的非质子离子化合物；
两种不同的盐；
两种不同的离子液体；
盐和离子液体，例如质子或非质子铵盐或碱金属盐，如碱金属卤化物；
质子酸、质子铵化合物或质子氧鎓化合物和离子液体，例如羧酸和离子液体。
e32.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含两种不同的含有相同阳离子或相同阴离子的离子化合物。
e33.根据前述实施方案任一项的电池，其中电解质组合物包含具有大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60的重量:重量比的两种不同的离子化合物。
e34.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物不含有机溶剂和含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤1000ppm、≤100ppm或≤10ppm水；或其中所述电解质组合物含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤9、≤8、≤7、≤6、≤5或≤4ppm水。
e35.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含溶剂。
e36.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含基本由水构成的溶剂。
e37.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含基本由有机溶剂构成的溶剂。
e38.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有水和有机溶剂的溶剂。
e39.根据实施方案38的电池，其中水与有机溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e40.根据实施方案37-39任一项的电池，其中所述溶剂包含选自有机碳酸酯、醚、甘醇二甲醚、原酸酯、聚烷撑二醇、酯、内酯、二醇、甲酸酯、砜、亚砜、酰胺、醇、酮、硝基溶剂和腈溶剂的一种或多种溶剂。
e41.根据实施方案40的电池，其中所述电解质组合物包含有机溶剂，如
有机碳酸酯，例如环状或无环有机碳酸酯，如碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸三亚甲酯、碳酸1,2-亚丁酯(bc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙基甲基酯(emc)、碳酸亚乙烯酯、碳酸二氟亚乙酯或碳酸单氟亚乙酯；或
醚和甘醇二甲醚，如二甲氧基甲烷(dmm)、二乙氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲基醚或甘醇二甲醚)、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙二醇二乙基醚(dee)、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二乙基醚、四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2-methf)、1,3-二氧杂环己烷、1,3-二氧戊环(diox)、4-甲基-1,3-二氧戊环(4-mediox)、2-甲基-1,3-二氧戊环(2-mediox)、1,4-二氧杂环己烷、二甲基醚、乙基甲基醚、二乙基醚、二-正丁基醚、二-叔丁基醚、二-异丙基醚、甲基-叔丁基醚、乙基-叔丁基醚或叔戊基-甲基醚；或
原酸酯，如三甲氧基甲烷、三乙氧基甲烷、1,4-二甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷或4-乙基-1-甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷；或
聚烷撑二醇，其是c1-c4烷撑二醇的均低聚物或共低聚物或均聚物或共聚物，如具有例如大约200至大约1200克/摩尔、大约200至大约1000克/摩尔、大约200至大约900克/摩尔、大约200至大约700克/摩尔或大约200至大约500克/摩尔的重均分子量(mw)的聚乙二醇(peg)或单甲基、二甲基或二乙基(封端)聚乙二醇，例如4单体和更大的低聚物，例如四乙二醇、氟化四乙二醇或四丙二醇，例如peg200、peg300、peg400、peg500、peg600、peg700、peg800、peg900或peg1000；或
酯或内酯，如γ-丁内酯(gbl)、γ-戊内酯、δ-戊内酯、乙酸乙酯(ea)、乙酸2-甲氧基乙酯、乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸2-丁氧基乙酯、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯(二乙二醇丁基醚乙酸酯，dba)、二乙酸乙二醇酯(egda)、丙酸3-乙氧基乙酯(eep)、丁酸甲酯(mb)、乙酸正戊酯(naac)、丙二醇甲基醚乙酸酯(pma)、丁酸乙酯(eb)、丙二酸二乙酯或丙二酸二甲酯；或二元酯混合物，如己二酸、戊二酸或琥珀酸的甲酯；或
二醇，如乙二醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丙氧基乙醇、2-异丙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇(乙二醇丁基醚，eb)、2-苯氧基乙醇、2-苄氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇(二乙二醇丁基醚，db)、丙二醇丁基醚(pb)、丙二醇甲基醚(pm)、三乙二醇(teg)、二丙二醇甲基醚(dpm)、二乙二醇甲基醚、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、全氟-1,4-丁二醇、全氟-1,5-丁二醇、氟化二乙二醇甲基醚、氟化三乙二醇、氟化三乙二醇甲基醚或氟化二乙二醇丁基醚；或
甲酸酯，如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸异丁酯或甲酸叔丁酯；或
砜或亚砜，如甲基磺酰基甲烷(msm或二甲基砜)、乙基甲基砜、环丁砜或二甲亚砜(dmso)；或
酰胺，如二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dma)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮(dmi)、六甲基磷酰胺(hmpa)或n,n'-二甲基-n,n'-三亚甲基脲(1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1h)-嘧啶酮(dmpu))；或
醇，如苄醇(ba)、乙醇、三氟乙醇(2,2,2-三氟乙醇)、甲醇、异丙醇、叔丁醇或正丁醇；或
酮，如甲乙酮(mek)或甲基-异戊酮(miak)；或
硝基溶剂，如硝基苯、硝基甲烷或硝基乙烷；或
腈溶剂，如乙腈、丙腈、丁腈或己二腈。
e42.根据实施方案1-33和35-41任一项的电池，其中所述电解质组合物包含溶剂且其中离子化合物总量与溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e43.根据实施方案1-42任一项的电池，其中所述电解质组合物进一步包含选自缓蚀剂、固体电解质界面(sei)改进剂、质子释放改进剂、自放电抑制剂、抗析气剂、粘度调节剂、阴极保护剂、盐稳定剂、电导率改进剂和溶剂化剂的一种或多种添加剂。
e44.根据实施方案1-43任一项的电池，其中所述电解质组合物含有例如所述电解质组合物的总重量的大约0.1重量％至大约15重量％的含量的一种或多种添加剂，其选自
氟化油、锡酸钠、柠檬酸钠或聚丙烯酸；
hf或kf、稀土元素如y的氧化物或氢氧化物、金属卟吩，例如ni或fe卟吩，碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸亚甲亚乙酯或碳酸氟亚乙酯；
聚二醇、聚二醇烷基醚、聚二醇烷基磷酸酯或聚山梨醇酯，如聚乙二醇(peg)、聚丙二醇、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯40或聚山梨醇酯80或peg600和聚山梨醇酯20的混合物或peg600和zno的混合物；
磷酸酯基表面活性剂、丙磺酸内酯或氟代丙磺酸内酯；和
dmso。
e45.根据前述实施方案任一项的可充电电化学电池，其包含正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的电解质组合物，其中所述电池的重量能量密度为>100wh/kg、≥110wh/kg、≥115、≥120、≥125、≥130、≥135、≥140、≥145、≥150、≥155、≥160、≥165、≥170、≥175、≥180、≥185、≥190、≥195或≥200wh/kg和/或
其中所述电池的体积能量密度为>250wh/l，例如≥260wh/kg、≥265、≥270、≥275、≥280、≥285、≥290、≥295、≥300、≥305、≥310、≥315、≥320、≥325、≥330、≥335、≥340、≥345或≥350wh/kg和/或
其中所述储氢材料的放电容量经20个或更多个循环(经至少20个循环)≥800mah/g，例如经20个或更多个循环≥810、≥820、≥825、≥830、≥835、≥840、≥845、≥850、≥855、≥860、≥865、≥870、≥875、≥880或≥895mah/g。
e46.根据前述实施方案任一项的电池，其包含正极，所述正极包含选自过渡金属、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化物和过渡金属氟化物的一种或多种阴极活性材料；例如，选自下列的一种或多种材料
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氢氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物/氢氧化物；和
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氟化物。
下面是本发明的更多实施方案。
e1.一种可充电电化学电池，其包含稳定的第iv族元素基储氢负极；例如稳定的硅基或碳基储氢负极；例如其中所述电极包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素；
所述电池还包含正极、将所述电极置于其中的外壳和与所述电极接触的电解质组合物，
其中所述电池的重量能量密度为>100wh/kg、≥110wh/kg、≥115、≥120、≥125、≥130、≥135、≥140、≥145、≥150、≥155、≥160、≥165、≥170、≥175、≥180、≥185、≥190、≥195或≥200wh/kg和/或
其中所述电池的体积能量密度为>250wh/l，例如≥260wh/kg、≥265、≥270、≥275、≥280、≥285、≥290、≥295、≥300、≥305、≥310、≥315、≥320、≥325、≥330、≥335、≥340、≥345或≥350wh/kg和/或
其中所述储氢材料的放电容量经20个或更多个循环(经至少20个循环)≥800mah/g，例如经20个或更多个循环≥810、≥820、≥825、≥830、≥835、≥840、≥845、≥850、≥855、≥860、≥865、≥870、≥875、≥880或≥895mah/g。
e2.根据实施方案1的电池，其中所述负极包含储氢材料，其包含基于所述储氢材料的总重量计>27重量％的一种或多种选自c、si、ge和sn的元素；例如包含>27重量％硅或>27重量％碳。
e3.根据实施方案1或2的电池，其中所述储氢材料包含无定形硅、微晶硅、纳米晶硅、单晶硅、多晶硅、原晶硅或多孔硅。
e4.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含无定形硅。
e5.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含碳；例如天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、硬碳、软碳、不可石墨化碳、炭黑、碳纳米管、富勒烯、活性炭、结晶碳或无定形碳形式的碳。
e6.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含硅与碳、锗和锡的一种或多种的合金，例如无定形碳化硅或硅和锗的合金或硅和锡的合金。
e7.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料在所述电池组装前氢化(预氢化负极)；例如其中所述储氢材料是氢化无定形硅(a-si:h)或氢化无定形碳化硅(a-si1-xcx:h，其中x为例如大约0.01至大约0.99、大约0.05至大约0.95或大约0.1至大约0.9)。
e8.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料，例如无定形硅包含在薄膜中，例如厚度>20纳米、≥50纳米、≥90纳米、≥120纳米或≥180纳米或大约90纳米至大约10微米、大约100纳米至大约5微米、大约150纳米至大约3微米、大约150纳米至大约2微米或大约150纳米至大约1微米的薄膜。
e9.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含在附着到基底，例如选自金属、玻璃、无机物和塑料的基底上的薄膜中。
e10.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包含一种或多种附加元素，例如选自b、al、ga、in、as、sb、te和过渡金属的一种或多种元素。
e11.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料含有基于所述储氢材料的总重量计≥28重量％、≥29重量％、≥30重量％、≥35重量％、≥40重量％、≥45重量％、≥50重量％、≥55重量％、≥60重量％、≥65重量％、≥70重量％、≥75重量％、≥80重量％、≥85重量％、≥90重量％、≥95重量％、≥96重量％、≥97重量％、≥98重量％或≥99重量％的一种或多种选自第iv族元素的元素，例如si和/或c。
e12.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极包含基于所述负极的总重量计≥30重量％的所述一种或多种第iv族元素；例如≥35％、≥40％、≥45％、≥50％、≥55％、≥60％、≥65％、≥70％、≥75％≥80％、≥85％或≥90重量％的所述一种或多种第iv族元素，例如si和/或c。
e13.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极进一步包含选自粘合剂、导电材料和其它添加剂的一种或多种组分。
e14.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极包含允许质子传送的固体电解质界面。
e15.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述储氢材料包括选自结构改性剂(促进材料的无定形相的元素)、氢键强度改性剂和固体电解质界面(sei)改性剂的一种或多种附加元素；例如选自b、碱土金属、过渡金属、稀土金属、周期表第iii或v族的其它金属、o、f、p、cl等的一种或多种附加元素。
e16.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物是中性或酸性的，例如具有大约7或更低；例如大约1、大约2、大约3、大约4、大约5或大约6至大约7的ph。
e17.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自质子酸、质子铵化合物、质子氧鎓化合物、非质子铵化合物、非质子氧鎓化合物、非质子鏻化合物和碱金属或碱土金属盐的一种或多种离子化合物。
e18.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阳离子：nh4+(铵)、甲基铵、乙基铵、二甲基铵、二乙基铵、三甲基铵(nme3h+)、三乙基铵、三丁基铵、二乙基甲基铵、羟乙基铵、甲氧基甲基铵、二丁基铵、甲基丁基铵、苯铵、吡啶鎓、2-甲基吡啶鎓、咪唑鎓、1-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基咪唑鎓、咪唑啉鎓、1-乙基咪唑鎓、1-(4-磺丁基)-3-甲基咪唑鎓、1-烯丙基咪唑鎓、喹啉鎓、异喹啉鎓、吡咯鎓、吡咯啉鎓或吡咯烷鎓；
1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、四甲基铵、四乙基铵、四-正丁基铵、正丁基-三-乙基铵、苄基-三-甲基铵、三-正丁基甲基铵、苄基-三-乙基铵、1-甲基吡啶鎓、1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、1,2,4-三甲基吡唑鎓、三甲基羟乙基铵(胆碱)、三-(羟乙基)甲基铵、二甲基-二(聚氧乙烯)铵、1,2,3-三甲基咪唑鎓、1-丁基-3-甲基咪唑鎓、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓、1-羟乙基-3-甲基咪唑鎓、1,3-二甲基咪唑鎓、1-乙基-1-甲基哌啶鎓、4-乙基-4-甲基吗啉鎓、1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)吡啶鎓、1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓或1-乙基-3-甲基咪唑鎓；和
甲基三苯基鏻、四苯基鏻、四丁基鏻、三丁基甲基鏻、三乙基甲基鏻、三己基十四烷基鏻、三苯基丙基鏻或四(羟甲基)鏻；
例如，所述阳离子是1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1-己基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓或三己基(十四烷基)鏻。
e19.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有选自羧酸根、酰亚胺、甲基、硝酸根、氟化氢根、卤离子、硼酸根、磷酸根、次膦酸根、膦酸根、磺酸根、硫酸根、碳酸根和铝酸根的阴离子的离子化合物。
e20.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有选自下列的阴离子：[fzb(cmf2m+1)4-z]-、[fyp(cmf2m+1)6-y]-、[(cmf2m+1)2p(o)o]-、[cmf2m+1p(o)o2]2-、[o-c(o)-cmf2m+1]-、[o-s(o)2-cmf2m+1]-、[n(c(o)-cmf2m+1)2]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)2]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(s(o)2-cmf2m+1)]-、[n(c(o)-cmf2m+1)(c(o)f)]-、[n(s(o)2-cmf2m+1)(s(o)2f)]-、[n(s(o)2f)2]-、[c(c(o)-cmf2m+1)3]-、[c(s(o)2-cmf2m+1)3]-、
其中
y是1至6的整数，
m是1至8，例如1至4的整数，
z是1至4的整数，
x是b或al且
rw、rx、ry和rz独立地为卤素、c1-c20烷基、部分或完全氟化的c1-c20烷基、c1-c20烷氧基、部分或完全氟化的c1-c20烷氧基、c1-c20烷基-coo或部分或完全氟化的c1-c20烷基-coo且
其中任一cf2基团可被o、s(o)2、nr或ch2替代。
e21.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有选自f2p(c2f5)4-、f3p(c2f5)3-、f4p(c2f5)2-、f2p(c3f7)4-、f3p(c3f7)3-、f4p(c3f7)2-、f2p(c4f9)4-、f3p(c4f9)3-、f4p(c4f9)2-、全氟烷基羧酸根、全氟烷基磺酸根、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺、(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺、三(全氟烷基磺酰基)甲基、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三(三氟甲基磺酰基)甲基、四氟硼酸根或螺环-氧代硼酸根或螺环-氧代磷酸根，例如双草酸硼酸根(bob)、二氟草酸硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、三草酸磷酸根、四氟草酸磷酸根和二(三氟乙酸)草酸铝酸根的阴离子的离子化合物。
e22.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有式rcoo-的羧酸根阴离子的离子化合物，其中r是氢或烃基；如甲酸根、乙酸根(醋酸根)、丙烯酸根、丙酸根、正丁酸根、异丁酸根、正戊酸根、异戊酸根、辛酸根、癸酸根、苯甲酸根、水杨酸根、硫代水杨酸根、2-、3-或4-硝基苯甲酸根；柠檬酸根、草酸根、酒石酸根、乙醇酸根、葡糖酸根、苹果酸根、扁桃酸根、氨三乙酸的羧酸根、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸的羧酸根、乙二胺四乙酸的羧酸根、二亚乙基三胺五乙酸的羧酸根或卤烷基羧酸根，如氟乙酸根、二氟乙酸根、三氟乙酸根、氯乙酸根、二氯乙酸根或三氯乙酸根。
e23.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子化合物，其含有
酰亚胺阴离子，如二氰胺、n(so2f)2–((双氟磺酰基)酰亚胺)、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺，如[n(so2cf3)2]–(bistriflimide)、双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺或n(cf3so2)(cf3(cf2)3so2)–或(全氟烷基磺酰基)(全氟烷基羧基)酰亚胺；或
甲基，如三(全氟烷基磺酰基)甲基，例如三(三氟甲基磺酰基)甲基、c(cf3so2)3-；或
氟化氢根(hf2–)；或
氯离子、溴离子、碘离子或氟离子；或
硼酸根，如原硼酸根、四羟基硼酸根、四硼酸根、四苯基硼酸根、[b(3,5-(cf3)2c6h3)4]–(barf)、b(c2o4)2–(双(草酸)硼酸根)(bob)、二氟(草酸)硼酸根(dfob)、二(三氟乙酸)草酸硼酸根(d(ac)ob)、b(c6f5)4–或bf4–(四氟硼酸根)；或
磷酸根，如磷酸二氢根、磷酸氢根、烷基磷酸根、二烷基磷酸根、磷酸根、pf6-(六氟磷酸根)、hpo3f-(氟氢磷酸根)、三草酸磷酸根(top)、四氟草酸磷酸根(tfop)或氟(全氟烷基)磷酸根，如f2p(c2f5)4–、f3p(c2f5)3–(三(五氟乙基)三氟磷酸根或fap)、f4p(c2f5)2–、f2p(c3f7)4–、f3p(c3f7)3–、f4p(c3f7)2–、f2p(c4f9)4–、f3p(c4f9)3–或f4p(c4f9)2–；或
磺酸根，如烷基磺酸根、芳基磺酸根或全氟烷基磺酸根，例如三氟甲磺酸根、对甲苯磺酸根或甲磺酸根；或
硫酸根，如硫酸氢根、硫酸根、硫代硫酸根或烷基硫酸根，如甲基硫酸根或乙基硫酸根；或
碳酸根阴离子，如碳酸根、碳酸氢根或烷基碳酸根，如甲基碳酸根、乙基碳酸根或丁基碳酸根；或
铝酸根，如al(oc(cf3)3)4–、二(三氟乙酸)草酸铝酸根(d(ac)oal)、四氯铝酸根、四氟铝酸根、四碘铝酸根或四溴铝酸根。
e24.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含离子液体。
e25.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸二乙基甲基铵(dematfo)、硝酸乙铵、甲磺酸三乙铵、三氟甲磺酸2-甲基吡啶鎓、氟化铵、硝酸甲铵、硝酸羟乙铵、硝酸乙铵、硝酸二甲铵、硝酸1-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基咪唑鎓、四氟硼酸叔丁基铵、四氟硼酸羟乙铵、四氟硼酸甲基丁基铵、四氟硼酸三乙铵、四氟硼酸咪唑鎓、四氟硼酸1-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸叔丁基铵、三氟甲磺酸2-氟吡啶鎓、三氟甲磺酸羟乙铵、三氟甲磺酸1,2-二甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸咪唑鎓、硫酸氢1-甲基咪唑鎓、氯化1-甲基咪唑鎓、三氟甲磺酸1-甲基咪唑鎓、水合氢三氟甲磺酸盐、甲磺酸甲铵、甲磺酸乙铵、甲磺酸丁铵、甲磺酸甲氧基乙铵、甲磺酸二甲铵、甲磺酸二丁铵、甲磺酸三乙铵、甲磺酸二甲基乙铵、水合氢硫酸氢盐、硫酸氢铵、硫酸氢甲铵、硫酸氢乙铵、硫酸氢丙铵、硫酸氢正丁基铵、硫酸氢叔丁基铵、硫酸氢二甲铵、硫酸氢二乙铵、硫酸氢二正丁基铵、硫酸氢甲基丁基铵、硫酸氢乙基丁基铵、硫酸氢三甲铵、硫酸氢三乙铵、硫酸氢三丁铵、硫酸氢二甲基乙基铵、氟氢磷酸二丁基铵、氟氢磷酸三乙铵、氟氢磷酸三丁基铵、水合氢磷酸二氢盐、磷酸二氢甲铵、磷酸二氢乙铵、磷酸二氢丙铵、磷酸二氢正丁基铵、磷酸二氢甲氧基乙铵、磷酸二氢二甲基铵、磷酸二氢二丁基铵、磷酸二氢甲基丁基铵、氟氢化铵、氟氢化甲铵、氟氢化乙铵和氟氢化二甲铵的离子液体。
e26.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含选自三氟甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfo)、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimbf4)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimtfsi)、乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(emimac)、三氟甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfo)、乙酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimac)、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-丁基-3-甲基咪唑鎓(bmimtfsi)、甲基硫酸三-正丁基甲基铵、乙基硫酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、硫氰酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、碳酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸1,2,3-三甲基咪唑鎓、甲基硫酸三-(羟乙基)甲基铵、甲基硫酸1,2,4-三甲基吡唑鎓、碳酸氢1,3-二甲基咪唑鎓、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、四氯铝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫氰酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲磺酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硫酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、乙基硫酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺、六氟磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3,5-二甲基吡啶鎓、双(五氟乙基磺酰基)亚胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺羧甲基-三丁基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧乙基-甲基吡咯烷鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-三甲基铵、双(三氟甲基磺酰基)亚胺n-羧甲基-甲基吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺己基三甲基铵、甲磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三乙基甲基铵、甲基碳酸1-乙基-1-甲基哌啶鎓、甲基碳酸4-乙基-4-甲基吗啉鎓、甲基碳酸1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓、二丁基磷酸三乙基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、四氟硼酸四丁基鏻、对甲苯磺酸四丁基鏻、甲基碳酸三丁基甲基鏻、碳酸氢1-乙基-3-甲基咪唑鎓、甲基碳酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸三丁基甲基铵、二丁基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、二丁基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(氰甲基)-3-甲基咪唑鎓、氯化1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓、1-(3-氰丙基)-3-甲基咪唑鎓二氰胺、氯化1-(3-氰丙基)吡啶鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1-(3-氰丙基)吡啶鎓、氯化1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(氰甲基)咪唑鎓、氯化1,3-双(氰丙基)咪唑鎓、双(三氟甲基磺酰基)亚胺1,3-双(3-氰丙基)咪唑鎓、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化1-丁基-3-甲基咪唑鎓、氯化1-己基-3-甲基咪唑鎓、甲基硫酸三丁基甲基鏻、二丁基磷酸三乙基甲基鏻、双(三氟甲基磺酰基)亚胺三己基十四烷基鏻、双(2,4,4-三甲基苯基)次膦酸三己基十四烷基鏻、溴化三己基十四烷基鏻、氯化三己基十四烷基鏻、癸酸三己基十四烷基鏻、三己基十四烷基鏻二氰胺、3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸盐和3-(三苯基磷鎓基)丙-1-磺酸甲苯磺酸盐的离子液体。
e27.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸；例如如下质子酸
盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸或高碘酸；或
硫酸氢盐，如硫酸氢钠、硫酸氢钾或硫酸氢铵；或
hasf6、hbf4、h(oet2)bf4、hpf6、h[n(so2cf3)2]或h[n(so2cf2cf3)2]。
e28.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含有机质子酸，如式rcooh的羧酸，其中r是氢或烃基，例如甲酸、乙酸、丙烯酸、氟乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、苯甲酸、水杨酸、2-、3-或4-硝基苯甲酸；柠檬酸、草酸、酒石酸、乙醇酸、葡糖酸、苹果酸、扁桃酸、氨三乙酸、n-(2-羟乙基)-乙二胺三乙酸、乙二胺四乙酸或二亚乙基胺五乙酸。
e29.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含式rso3h的质子磺酸，其中r是烷基或芳基或被1至3个卤素取代的烷基或芳基，如对甲苯磺酸、苯基磺酸、甲磺酸或三氟甲磺酸。
e30.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含质子酸，其是与高度非配位离子缔合的氧鎓离子，如brookhart酸(barf酸)、[h(oet2)2][b[3,5-(cf3)2c6h3]4]、[h(oet2)2][b(c6f5)4](氧鎓酸)或[h(oet2)2][al(oc(cf3)3)4]。
e31.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含至少两种不同的离子化合物；例如其中所述电解质组合物包含
质子离子化合物和非质子离子化合物；
两种不同的质子离子化合物；
两种不同的非质子离子化合物；
两种不同的盐；
两种不同的离子液体；
盐和离子液体，例如质子或非质子铵盐或碱金属盐，如碱金属卤化物；
质子酸、质子铵化合物或质子氧鎓化合物和离子液体，例如羧酸和离子液体。
e32.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物包含两种不同的含有相同阳离子或相同阴离子的离子化合物。
e33.根据前述实施方案任一项的电池，其中电解质组合物包含具有大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60的重量:重量比的两种不同的离子化合物。
e34.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述电解质组合物不含有机溶剂和含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤1000ppm、≤100ppm或≤10ppm水；或其中所述电解质组合物含有所述按重量计电解质组合物的总重量的≤9、≤8、≤7、≤6、≤5或≤4ppm水。
e35.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含溶剂。
e36.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含基本由水构成的溶剂。
e37.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含基本由有机溶剂构成的溶剂。
e38.根据实施方案1-33任一项的电池，其中所述电解质组合物包含含有水和有机溶剂的溶剂。
e39.根据实施方案38的电池，其中水与有机溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e40.根据实施方案37-39任一项的电池，其中所述溶剂包含选自有机碳酸酯、醚、甘醇二甲醚、原酸酯、聚烷撑二醇、酯、内酯、二醇、甲酸酯、砜、亚砜、酰胺、醇、酮、硝基溶剂和腈溶剂的一种或多种溶剂。
e41.根据实施方案40的电池，其中所述电解质组合物包含有机溶剂，如
有机碳酸酯，例如环状或无环有机碳酸酯，如碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸三亚甲酯、碳酸1,2-亚丁酯(bc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙基甲基酯(emc)、碳酸亚乙烯酯、碳酸二氟亚乙酯或碳酸单氟亚乙酯；或
醚和甘醇二甲醚，如二甲氧基甲烷(dmm)、二乙氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷(dme或乙二醇二甲基醚或甘醇二甲醚)、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙二醇二乙基醚(dee)、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二乙基醚、四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2-methf)、1,3-二氧杂环己烷、1,3-二氧戊环(diox)、4-甲基-1,3-二氧戊环(4-mediox)、2-甲基-1,3-二氧戊环(2-mediox)、1,4-二氧杂环己烷、二甲基醚、乙基甲基醚、二乙基醚、二-正丁基醚、二-叔丁基醚、二-异丙基醚、甲基-叔丁基醚、乙基-叔丁基醚或叔戊基-甲基醚；或
原酸酯，如三甲氧基甲烷、三乙氧基甲烷、1,4-二甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷或4-乙基-1-甲基-3,5,8-三氧杂双环[2.2.2]辛烷；或
聚烷撑二醇，其是c1-c4烷撑二醇的均低聚物或共低聚物或均聚物或共聚物，如具有例如大约200至大约1200克/摩尔、大约200至大约1000克/摩尔、大约200至大约900克/摩尔、大约200至大约700克/摩尔或大约200至大约500克/摩尔的重均分子量(mw)的聚乙二醇(peg)或单甲基、二甲基或二乙基(封端)聚乙二醇，例如4单体和更大的低聚物，例如四乙二醇、氟化四乙二醇或四丙二醇，例如peg200、peg300、peg400、peg500、peg600、peg700、peg800、peg900或peg1000；或
酯或内酯，如γ-丁内酯(gbl)、γ-戊内酯、δ-戊内酯、乙酸乙酯(ea)、乙酸2-甲氧基乙酯、乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸2-丁氧基乙酯、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯(二乙二醇丁基醚乙酸酯，dba)、二乙酸乙二醇酯(egda)、丙酸3-乙氧基乙酯(eep)、丁酸甲酯(mb)、乙酸正戊酯(naac)、丙二醇甲基醚乙酸酯(pma)、丁酸乙酯(eb)、丙二酸二乙酯或丙二酸二甲酯；或二元酯混合物，如己二酸、戊二酸或琥珀酸的甲酯；或
二醇，如乙二醇、丙二醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丙氧基乙醇、2-异丙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇(乙二醇丁基醚，eb)、2-苯氧基乙醇、2-苄氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇(二乙二醇丁基醚，db)、丙二醇丁基醚(pb)、丙二醇甲基醚(pm)、三乙二醇(teg)、二丙二醇甲基醚(dpm)、二乙二醇甲基醚、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、全氟-1,4-丁二醇、全氟-1,5-丁二醇、氟化二乙二醇甲基醚、氟化三乙二醇、氟化三乙二醇甲基醚或氟化二乙二醇丁基醚；或
甲酸酯，如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸异丁酯或甲酸叔丁酯；或
砜或亚砜，如甲基磺酰基甲烷(msm或二甲基砜)、乙基甲基砜、环丁砜或二甲亚砜(dmso)；或
酰胺，如二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dma)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮(dmi)、六甲基磷酰胺(hmpa)或n,n'-二甲基-n,n'-三亚甲基脲(1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1h)-嘧啶酮(dmpu))；或
醇，如苄醇(ba)、乙醇、三氟乙醇(2,2,2-三氟乙醇)、甲醇、异丙醇、叔丁醇或正丁醇；或
酮，如甲乙酮(mek)或甲基-异戊酮(miak)；或
硝基溶剂，如硝基苯、硝基甲烷或硝基乙烷；或
腈溶剂，如乙腈、丙腈、丁腈或己二腈。
e42.根据实施方案1-33和35-41任一项的电池，其中所述电解质组合物包含溶剂且其中离子化合物总量与溶剂的重量:重量比为大约99.9:0.1至大约0.1:99.9、大约99.5:0.5至大约0.5:99.5、大约99:1至大约1:99、大约95:5至大约5:95、大约90:10至大约10:90、大约80:20至大约20:80、大约70:30至大约30:70或大约60:40至大约40:60。
e43.根据实施方案1-42任一项的电池，其中所述电解质组合物进一步包含选自缓蚀剂、固体电解质界面(sei)改进剂、质子释放改进剂、自放电抑制剂、抗析气剂、粘度调节剂、阴极保护剂、盐稳定剂、电导率改进剂和溶剂化剂的一种或多种添加剂。
e44.根据实施方案1-43任一项的电池，其中所述电解质组合物含有例如所述电解质组合物的总重量的大约0.1重量％至大约15重量％的含量的一种或多种添加剂，其选自
氟化油、锡酸钠、柠檬酸钠或聚丙烯酸；
hf或kf、稀土元素如y的氧化物或氢氧化物、金属卟吩，例如ni或fe卟吩，碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸亚甲亚乙酯或碳酸氟亚乙酯；
聚二醇、聚二醇烷基醚、聚二醇烷基磷酸酯或聚山梨醇酯，如聚乙二醇(peg)、聚丙二醇、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯40或聚山梨醇酯80或peg600和聚山梨醇酯20的混合物或peg600和zno的混合物；
磷酸酯基表面活性剂、丙磺酸内酯或氟代丙磺酸内酯；和
dmso。
e45.根据前述实施方案任一项的电池，其中所述负极处的可逆半电池充电/放电电化学反应是
或
其中
iv是第iv族元素基储氢材料且
si是硅基储氢材料。
e46.根据前述实施方案任一项的电池，其包含正极，所述正极包含选自过渡金属、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化物和过渡金属氟化物的一种或多种阴极活性材料；例如，选自下列的一种或多种材料
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氢氧化物；
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氧化物/氢氧化物；和
sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、lu、hf、ta、w、re、os、ir、pt或au的氟化物。
实施例1
本阳极用于swagelok电池组装件。使用较小阳极并因此限制容量。
通过在镍基底上化学气相沉积无定形硅制备阳极。该阳极为0.94cm2，具有大约250纳米的无定形硅薄膜厚度和51.7微克的薄膜质量。用扫描电子显微镜(sem)测量厚度。阴极是在镍网基底上的烧结氢氧化镍。电解质组合物是在乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓中的2摩尔乙酸。
该电池在387ma/g的充电/放电电流密度下循环。该电池如图1中所示在25个循环后表现出稳定的充电/放电特性。该阳极表现出在约1.4v的充电平台和在约1.2v的放电平台和在第20个循环约889mah/g的比容量。
含有1重量％(wt％)氢(1克或1摩尔)的100克阳极合金具有96500a·秒(法拉第常数)或26.8a·小时或268mah/g合金的容量。由于本薄膜表现出889mah/g的容量，该薄膜充入889/268＝3.3重量％氢。这等于每si原子充入多于0.9个h原子：1g/mol(h)/28g/mol(si)＝3.57重量％；3.3/3.57＝每si原子0.92h。
实施例2
重复实施例1，电池以408ma/g的倍率充电10小时并以510、1020、2041和4082ma/g放电以分别提供2604、1681、1080和647mah/g的放电容量。
实施例3
在amatp5000等离子体增强化学气相沉积(pecvd)系统中在镍箔基底上沉积氢化无定形硅(a-si:h)薄膜。为增强薄膜的电导率，通过在工作气体中加入膦原位获得n型掺杂a-si:h薄膜。用于pecvd的气流是60sccm硅烷、460sccm氦气和40sccm5％膦/氦气。在沉积过程中，基底温度为100℃，射频(rf)功率为30w且工作电压为3torr。沉积时间为125s且刚沉积的a-si:h薄膜的平均厚度为247纳米。除cvd法外，也通过rf溅射技术(一种物理气相沉积(pvd))制备无定形硅样品。通过rf溅射在镍基底上沉积非氢化a-si膜，随后离位氢化处理。溅射沉积源是由结合到溅射阴极背板上的单晶硅片(0.001ωcm，硼掺杂)片段构成的800直径平面硅靶。典型溅射沉积参数包括3sccm氩气的流速、8mtorr辉光放电压力、486w(1.5wcm-2)的rf(13.56mhz)功率和74毫米的靶-基底距离，基底保持接近室温。基底位于靶下方固定位置，并在这些条件下在racetrack区域中获得大约
该非水电解质是在[emim][ac](>95％，iolitecgmbh)(乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓)中的2m冰醋酸(ch3cooh，>99.7％，alfaaesar)。[emim][ac]在真空炉中在115℃下烘烤48小时以除去残留水。使用库仑karlfischer滴定仪测定该离子液体的水含量<1000ppm。然后将该冰醋酸与[emim][ac]以1.14:10的体积比混合。通过电导率计(ysimodel3200)测量在6mscm-1下的离子电导率。在ni基底(1.25cmx1.25cm)上沉积a-si:h薄膜后，将样品切成圆盘(直径＝1.25cm)。a-si:h膜的厚度在247纳米至3.0毫米之间变化且活性材料质量在70毫克至840毫克之间变化。使用具有>100的p/n比(正容量/负容量)的半电池配置测试a-si:h薄膜的电化学性能。该正极是一片烧结ni(oh)2，其在内部(in-house)制造并用作我们的ni/mh电池研究的标准正极。这两个电极在电池组装之前都在真空炉中在115℃下烘烤12小时。在充满ar的手套箱中使用被标准无纺布隔板隔开并用2个1.25厘米(直径)镍棒集流体夹住的a-si:h薄膜阳极和烧结ni(oh)2阴极组装1.25厘米(直径)swagelok型电池。然后将1毫升电解质注入电池，再将电池密封以供测试。使用arbinbt-2143电池试验站在恒定电流和0.6v的放电截止电压下进行电化学充电/放电试验。为了研究a-si:h阳极的倍率容量，电流密度在510至4082mag-1之间变化。在三电极swagelok电池中使用gamry'sinterface1000恒电位仪/恒电流仪(potentiostat/galvanostat)进行循环伏安(cv)测量。工作电极是在ni箔上的a-si:h薄膜且对电极是烧结ni(oh)2圆盘。经swagelok电池的顶部口插入无泄漏参比电极(warnerinstruments)作为参比，其具有在3.4mkcl溶液中0.24vvs.标准氢电极的标准电位。使用jeol-jsm6320fsem测量表面形态和薄膜厚度。使用具有532nm激发源的e-zraman光谱系统测量拉曼位移。该仪器用来自硅标样的在520cm-1的信号校准。使用perkinelmerspotlight400ftirimagingsystem测量傅里叶变换红外(ftir)光谱。
将通过cvd制成的a-si:h阳极以2041mag-1的倍率(～1c倍率)充电至1935mahg-1并以相同倍率(～1c)放电直至0.6vvs.ni(oh)2对电极的截止电压。初始放电容量是888mahg-1并逐渐提高到在第38个循环1418mahg-1，这比用于ni/mh电池的传统ab5合金高大于四倍。换算成每si原子的氢数，其相当于sih1.48。在初始循环过程中的容量提高可归因于a-si:h阳极的活化。对于lib(锂离子电池)中的si薄膜阳极，报道了类似的现象并且提出该容量提高归因于结晶si向无定形si的转变。由于a-si:h薄膜在这一实验中已是无定形的，原因不同于结晶si情况。在对lib中的无定形si薄膜阳极的另一报道中，提出了容量提高归因于由在初始循环过程中提高的微裂纹/晶界密度造成的增强的锂扩散。同样地，这一研究中的容量提高也可能归因于由在前几个循环过程中产生的增加的微裂纹/晶界造成的增强的氢气扩散。充电后的开路电压为1.3v。对于第一循环试验，发现充电和放电电压平台分别在1.37v和1.24v(中点)，并且直到比容量在第38个循环达到最大值，充电/放电过电位才表现出急剧提高。随后充电/放电过电位提高且容量逐渐衰减。在第100个循环，比容量降至917mahg-1且充电电压平台提高到1.7v以上的值。在放电曲线中，在降低的电压～1.0v和0.85v处存在两个平台，这被怀疑与循环过程中薄膜中的相或si-h键结构变化相关并且需要解释。该a-si:h阳极表现出长循环寿命-在500个循环结束时707mahg-1和在大约0.9v的放电电压平台。如在非水lib中通常发现，在循环时提高的充电和放电过电位可归因于由电解质和电极之间的固体电解质界面(sei)生长造成的提高的内电阻、电解质劣化和/或由a-si:h薄膜与镍基底失去接触造成的提高的接触电阻。在500个循环后，将电池拆卸并且阳极的目视检查显示a-si:h薄膜保持完好。
测试a-si:h阳极的倍率容量。该阳极以2041mag-1的倍率充电至4082mahg-1并以四种不同倍率放电：510、1020、2041和4082mag-1。随着电流密度提高，放电容量急剧降低，且所得放电容量为2604、1681、1080和647mahg-1，分别对应于sih2.72、sih1.76、sih1.13和sih0.68。随充电容量测量在510mag-1的恒定放电倍率下的放电容量和库仑效率。
随着充电容量提高，放电容量提高，而库仑效率降低。在将a-si:h阳极充电至5752mahg-1(这相当于每个硅原子中储存大约3.8个氢原子)时，所得最高放电容量为3635mahg-1。这一容量与对lib中的a-si薄膜阳极报道的最高容量相当。当阳极充电至1000mahg-1时，库仑效率为87％，这在5752mahg-1充电容量下降至63％。这种库仑效率与lib相比相对较低并且容量损失机制需要进一步研究。
相信在a-si:h电极的充电过程中，非水电解质中的弱键合质子被还原并吸附在电极表面，接着氢气在本体a-si:h中吸收和扩散。在放电过程中，氢气朝阳极/电解质界面扩散，被氧化并解吸。
在接近-0.2vvs.参比电极观察到阳极峰，其来自吸收的氢原子在阳极-电解质界面的氧化和解吸。随着扫描速率提高，阳极峰电流提高且峰电位朝正向略微移动。不同于在碱性溶液中的典型金属氢化物电极，在接近-0.9vvs.参比电极观察到完整阴极峰，这获益于非水il基电解质的电化学窗口的扩大。在氢吸附峰和电解质还原边缘之间存在大约0.3v电压间距，而对于在水性30％koh电解质中的金属氢化物电极，氢吸附峰如此接近析氢阈值以致其与析氢峰重叠并且无法区分。对于在30％koh电解质中的金属氢化物电极通常观察到平台而非峰，并且不能忽略自放电。由于它们的增宽电化学窗口，非水il(离子液体)电解质允许使用具有更高标准电位的氧化还原对，因此质子传导ni/mh电池的能量密度的进一步提高是有希望的。
在电化学循环实验前和在500个循环后获取a-si:h薄膜的sem显微照片。刚沉积的a-si:h薄膜表现出光滑表面和247纳米的平均薄膜厚度。在500个循环后，薄膜表面变粗糙并且观察到裂纹。但是，该薄膜仍然附着在ni基底上并且没有剥落。平均薄膜厚度在500个循环后提高到281纳米，与刚沉积的薄膜相比提高大约13％。如对lib报道的，在嵌锂过程中各向异性发生体积膨胀，优选膨胀是垂直于薄膜表面。在脱锂过程中在薄膜表面的面内和垂直于薄膜表面发生收缩，因此产生薄膜裂纹。对于在lib中的si薄膜阳极的发现也可以解释在这一研究中对a-si:h薄膜发现的在循环后的裂纹和提高的厚度。最初形成微裂纹，其导致增强的氢气扩散和初始容量提高。在反复体积膨胀和收缩下，裂纹生长并且一些活性材料与集流体失去接触，以造成逐渐容量衰减。
为了测定a-si:h薄膜中的键结构变化，进行拉曼和ftir光谱研究。拉曼光谱学对si-si键结构敏感，而ftir光谱学对揭示si-h键构型(configuration)有效。进行在500个循环之前和之后a-si:h薄膜的拉曼光谱。a-si:h薄膜的典型拉曼光谱包含四个高斯峰，对应于横向光学(to)、纵向光学(lo)、纵向声学(la)和横向声学(ta)模式。由峰波数位移区分无定形相微晶/结晶si的转变。在460-490cm-1的宽峰源自无定形硅的to振动模式且在512-520cm-1的锐峰代表不同尺寸的晶粒的to模式。接近500cm-1的第三个峰来自在晶界处的键伸长。在500个循环之前和之后在460-520cm-1的范围内仅存在一个宽峰。该宽峰以480cm-1为中心，这意味着该薄膜完全无定形。在循环之前和之后没有观察到显著的拉曼位移，表明a-si:h薄膜在循环过程中保持无定形。
进行a-si:h薄膜在500次循环之前和之后的ftir光谱研究。ftir光谱仪具有从650cm-1(这在归因于si单氢化物(si-h)的摇摆振动模式的以630cm-1附近为中心的主吸收带的边缘)开始的有限范围。观察到在800-1000cm-1和接近2100cm-1的强度较低的吸收带，它们分别归因于si二氢化物(si-h2)和多氢化物络合物(si-h2)n的弯曲振动和拉伸模式。没有观察到归因于si-h的拉伸模式的接近2000cm-1的吸收带。在500个循环后，归因于si-h2和(si-h2)n的吸收峰移向较低波数并且强度轻微提高。通常使用在630cm-1附近的最强si-h峰评估a-si:h薄膜中的氢含量。
进行rf溅射沉积的si薄膜的电化学性能。非氢化a-si薄膜表现出小于200mahg-1的极低放电比容量，并且在氢化处理后该容量显著提高，这可归因于氢化后提高的氢气扩散。具体而言，在300℃下用6mpa氢气压氢化2小时的较厚样品nt(镍片，-92、～3.0微米)表现出在3个循环后超过2224mahg-1的放电容量。但是，容量此后迅速衰减。相反，在500℃和1mpa下氢化2小时的较薄样品(nt-93、～1.2微米)表现出在13个循环后2377mahg-1的放电容量并且在14个循环后没有容量衰减迹象。在lib中的1毫米厚si薄膜阳极表现出3000mahg-1的容量12个循环，此后迅速衰减。与si薄膜阳极在嵌锂/脱锂过程中的大体积变化相比，其在氢化/脱氢过程中具有小得多的体积变化，因为氢比锂小得多。因此对于较厚(>1mm)a-si薄膜可以在更长寿命期保持高容量。几个参比离位氢化a-si:h薄膜(1mpa/300℃/2h)在循环试验中表现不好，产生近似于非氢化a-si膜的低容量(<200mahg-1)。氢并入硅网络看起来需要热活化，无论该方法涉及硅膜的永久微结构变化还是简单涉及在高温下弛豫诱发的氢物类扩散增强。在薄膜硅技术中公知的是，在大约600℃下发生无定形膜的微晶再生长。
总而言之，使用原位氢化cvd和rf溅射，接着离位氢化，制备a-si:h薄膜并用作具有非水离子液体基电解质的质子传导ni/mh电池中的阳极，其表现出高比容量和优异的循环稳定性。在cvd生长薄膜中，在2041mag-1放电倍率下对于第38个循环获得1418mahg-1的比放电容量，且在500个循环后该容量保持707mahg-1；在较低放电倍率下获得3635mahg-1的最大容量。在500℃下氢化的1.2微米厚的rf溅射a-si:h薄膜阳极表现出2377mahg-1的容量，而另一3.0微米厚的a-si:h薄膜表现出在第3个循环2224mahg-1的容量。