锂空气电池研究获新突破 最新成果发布在Nature

【引言】

由于其理论比能量高，锂空气电池被认为是锂离子电池的潜在替代品。然而，迄今为止，这样的系统主要限于纯氧环境，并且由于涉及阴极、阳极和电解质的副反应而具有有限的循环寿命。在存在N2，CO2和水蒸气的情况下，这些副反应可能变得更加复杂。此外，由于需要储存O2，锂-氧体系的体积能量密度对于实际应用而言可能太小。

【成果简介】

近日，在伊利诺伊大学芝加哥分校Amin Salehi-Khojin教授和阿贡国家实验室Larry A. Curtiss教授(共同通讯作者)的团队带领下，与伊利诺伊理工大学和加利福尼亚州立大学合作，采用了两种策略来限制在含有代表性量的O2，N2，CO2和H2O的模拟空气氛围中的锂-氧电池中的副反应。首先，团队开发了Li2CO3/C涂层锂阳极仅允许锂阳离子通过，从而保护阳极免受模拟空气的成分影响。其次，基于先前报道的二硫化钼纳米薄片构建阴极，并使用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIM-BF4)和二甲基亚砜(DMSO)的混合物作为电解质。该系统的组件一起运行，以防止在CO2和H2O存在下形成副产物。在模拟空气环境中作为锂空气电池工作，循环寿命长达700次。相关成果以题为“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere”发表在了Nature上。

【图文导读】

图1 锂空气电池系统中阳极的特性表征

图2 锂空气电池系统中阴极的性能表征

图3 阴极充放电产物的微观表征

图4 锂-空气电池的阳极，阴极和电解质的计算研究

【小结】

根据表征和计算研究表明，受保护的锂阳极，电解质混合物和高性能空气阴极一起协同工作，在模拟空气条件下提供循环寿命长的锂-氧电池。这种设计的新架构锂空气电池的能量密度比目前锂离子电池的高得多，在该领域是有前途的一步。