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東南&同濟Adv. Sci.: 防水鋰負(fù)極+LiOH正極=長壽命高能鋰空氣電池

在環(huán)境空氣中構(gòu)建高能量密度、高度可充電的非水溶劑Li-O₂電池目前仍是個非常大的挑戰(zhàn)，這是因為高容量Li₂O₂正極和Li金屬負(fù)極活性材料在空氣中通常是不穩(wěn)定的。

在此，同濟大學(xué)劉韜教授及東南大學(xué)鐘立教授等人通過將受聚環(huán)氧乙烷 (PEO)/鋰鋁鈦磷酸鹽 (LATP)/蠟復(fù)合層保護的鋰負(fù)極與基于LiOH的正極耦合，從而構(gòu)建了一種新型鋰氧全電池。其中，受保護的鋰在空氣和水中穩(wěn)定，并允許在環(huán)境空氣中的濕非水溶劑電解液中進行可逆無枝晶的鋰剝離/電鍍。

此外，作者證明空氣中影響O₂電化學(xué)的最突出成分是CO₂，它加速了電池循環(huán)過程中最初基于 Li₂O₂的電化學(xué)向Li₂CO₃主導(dǎo)過程的轉(zhuǎn)變。而Ru催化的LiOH電化學(xué)對空氣中的 CO₂污染表現(xiàn)出更好的抵抗力，電池反應(yīng)性質(zhì)在延長的循環(huán)中保持一致。

圖1. Li-O₂ /空氣電池中延長循環(huán)放電產(chǎn)物的表征和量化

與Li₂O₂對空氣的敏感性相比，LiOH電化學(xué)的這種優(yōu)異穩(wěn)定性歸因于LiOH更高的耐化學(xué)性、LiOH形成的化學(xué)計量過程、更少的反應(yīng)產(chǎn)物-正極界面和更低的充電電壓。

作為概念證明，研究結(jié)果表明，這種鋰保護策略能夠在多種惡劣工作條件下實現(xiàn)可逆的無枝晶鋰電鍍/剝離，包括環(huán)境空氣、高達99%的濕度，甚至在包含大量水的鋰-不相容電解液（DMSO）中。因此，該研究提出的受保護的鋰負(fù)極與基于LiOH的正極耦合方法有望在環(huán)境大氣中開發(fā)長壽命、高能量密度的鋰空氣電池。

圖2. 使用受保護鋰負(fù)極的鋰空氣全電池的電化學(xué)性能

Coupling Water-Proof Li Anodes with LiOH-Based Cathodes Enables Highly Rechargeable Lithium-Air Batteries Operating in Ambient Air, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103760

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