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高能量密度鋰氧（Li-O₂）電池需要可溶性催化劑來加速氧還原/析出反應（ORR/OER）的動力學，并且需要形成SEI的添加劑來保護鋰金屬負極免受與溶劑、還原氧物種和可溶性催化劑的副反應。

在此，北京理工大學陳人杰教授、陳楠副研究員等人將三功能添加劑1-甲基, 3-芐基, 1H溴化咪唑（IMPBr）溶解在二甲基亞砜（DMSO）基電解液中以解決ORR和OER動態過程緩慢的問題，并通過抑制O₂氣氛中枝晶的形成來保護鋰負極。

在放電過程中，IMP⁺與中間產物O₂^–具有很強的結合能力且可以穩定O₂^–，有助于驅動溶劑化機制的放電反應生成大的環形Li₂O₂顆粒。在充電過程中，溴化物中的Br^–在正極附近被氧化成Br₃^–，然后轉移到電解液中參與絕緣放電產物Li₂O₂的化學分解，有效降低了電池充電過電位。同時，電解液中帶正電的IMP⁺通過電引力吸附在Li負極表面參與形成穩定的SEI膜，從而保護Li負極免受DMSO、Br₃^–和Br₂的腐蝕并抑制鋰枝晶生長。

圖1. 添加IMPBr的電解液中鋰金屬負極的形態和界面化學

為了研究IMPBr對Li-O₂電池的影響，作者將不同濃度的IMPBr引入到1.0 M LiClO₄-DMSO電解液中。EIS測試表明，80 mM IMPBr可以有效降低電解液與電極之間的界面阻抗，促進溶劑相中放電產物的產生和分解。

因此，添加80 mM IMPBr的電池在完全放電至2.2 V后表現出提高的放電容量，達到3154 mAh g^-1。該電池在200 mA g^-1下可提供多達35次循環，甚至在800 mA g^-1下也能提供50次穩定循環。該結果表明IMPBr添加劑在大電流下高度穩定，表現出比相同濃度的LiBr添加劑更好的性能。此外，結合該添加劑，更穩定/高效的正極材料、電解質和改性負極可用于進一步提高Li-O₂電池的性能。

圖2. 含IMPBr的Li-O₂電池電化學性能

Imidazolium bromide: a tri-functional additive for rechargeable Li-O₂ batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.021

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陳人杰/陳楠EnSM: 溴化咪唑作為可充電鋰氧電池的三功能添加劑

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