Nature:在類似于空氣的環(huán)境中具有較長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰-氧電池
【引言】
由于其理論比能量高,鋰空氣電池被認(rèn)為是鋰離子電池的潛在替代品。然而,迄今為止,這樣的系統(tǒng)主要限于純氧環(huán)境,并且由于涉及陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)的副反應(yīng)而具有有限的循環(huán)壽命。在存在N2,CO2和水蒸氣的情況下,這些副反應(yīng)可能變得更加復(fù)雜。此外,由于需要儲(chǔ)存O2,鋰-氧體系的體積能量密度對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言可能太小。
【成果簡(jiǎn)介】
近日,在伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校Amin Salehi-Khojin教授和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Larry A. Curtiss教授(共同通訊作者)的團(tuán)隊(duì)帶領(lǐng)下,與伊利諾伊理工大學(xué)和加利福尼亞州立大學(xué)合作,采用了兩種策略來(lái)限制在含有代表性量的O2,N2,CO2和H2O的模擬空氣氛圍中的鋰-氧電池中的副反應(yīng)。首先,團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了Li2CO3/C涂層鋰陽(yáng)極僅允許鋰陽(yáng)離子通過(guò),從而保護(hù)陽(yáng)極免受模擬空氣的成分影響。其次,基于先前報(bào)道的二硫化鉬納米薄片構(gòu)建陰極,并使用離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(EMIM-BF4)和二甲基亞砜(DMSO)的混合物作為電解質(zhì)。該系統(tǒng)的組件一起運(yùn)行,以防止在CO2和H2O存在下形成副產(chǎn)物。在模擬空氣環(huán)境中作為鋰空氣電池工作,循環(huán)壽命長(zhǎng)達(dá)700次。相關(guān)成果以題為“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere”發(fā)表在了Nature上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 鋰空氣電池系統(tǒng)中陽(yáng)極的特性表征
圖2 鋰空氣電池系統(tǒng)中陰極的性能表征
圖3 陰極充放電產(chǎn)物的微觀表征
圖4 鋰-空氣電池的陽(yáng)極,陰極和電解質(zhì)的計(jì)算研究
【小結(jié)】
根據(jù)表征和計(jì)算研究表明,受保護(hù)的鋰陽(yáng)極,電解質(zhì)混合物和高性能空氣陰極一起協(xié)同工作,在模擬空氣條件下提供循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰-氧電池。這種設(shè)計(jì)的新架構(gòu)鋰空氣電池的能量密度比目前鋰離子電池的高得多,在該領(lǐng)域是有前途的一步。
文獻(xiàn):A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere(Nature,2018,DOI:10.1038/nature25984)
原標(biāo)題:今日鋰-氧電池和鈣鈦礦電池獲得新突破,新成果發(fā)布在Nature上