鋰-氧電池反應機理研究獲新進展
瀏覽次數： 342 發布時間：2017-10-12 09:18:29 發布人：editor
鋰-氧電池與鋰-離子電池相比具有更高的理論比能量，吸引了學術界和工業界的廣泛關注。目前的鋰-氧電池表現為循環穩定性較差，這主要歸因于氧還原物種(O2-,LiO2和Li2O2)和電池組件(電極材料和電解液)之間的副反應。若要消除這些副反應，需要從本質上理解氧還原物種的化學性質。O2-和Li2O2已經從實驗和理論上研究得較為透徹，而LiO2由于在常規實驗條件下不易獲得，因此對它的化學性質不甚了解。
中國科學院長春應用化學研究所彭章泉團隊報道了一種在液氨(-78℃)中合成LiO2的方法，比較了O2-,LiO2和Li2O2在液氨中的化學反應性，首次從實驗上證明LiO2是鋰-氧電池中反應活性最高的氧還原物種，并從理論上給出了LiO2在液氨中的反應機制。同時還證明LiO2中間產物的存在時間越短，鋰-氧電池的可逆性越高。研究工作以LiO2:Cryosynthesis and Chemical/Electrochemical Reactivities為題，發表在The Journal of Physical Chemistry Letters上。
基于對鋰-氧電池氧還原反應中間產物化學性質的理解，團隊還開發了具有高度化學和電化學穩定性的Hexamethylphosphoramide電解液體系，與目前的醚類電解液相比，極大提升了電池的循環壽命。研究工作以A High-Performance Li-O2 Battery with a Strongly Solvating Hexamethylphosphoramide Electrolyte and a LiPON-Protected Lithium Anode為題，發表在Advanced Materials上。
(a)液氨中合成LiO2的現場拉曼光譜數據
(b)液氨中合成的LiO2在放置一段時間后產生N2的質譜數據
(c-e)液氨中LiO2最終轉變為LiOH和LiOH·H2O紅外光譜，拉曼光譜和x-射線研究結果