鋰-氧電池反應(yīng)機(jī)理研究獲新進(jìn)展
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時(shí)間：2017-10-12 09:18:29 發(fā)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(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。目前的鋰-氧電池表現(xiàn)為循環(huán)穩(wěn)定性較差，這主要?dú)w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(yīng)。若要消除這些副反應(yīng)，需要從本質(zhì)上理解氧還原物種的化學(xué)性質(zhì)。O2-和Li2O2已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)和理論上研究得較為透徹，而LiO2由于在常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件下不易獲得，因此對它的化學(xué)性質(zhì)不甚了解。
中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所彭章泉團(tuán)隊(duì)報(bào)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(xué)反應(yīng)性，首次從實(shí)驗(yàn)上證明LiO2是鋰-氧電池中反應(yīng)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(yīng)機(jī)制。同時(shí)還證明LiO2中間產(chǎn)物的存在時(shí)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(fā)表在The Journal of Physical Chemistry Letters上。
基于對鋰-氧電池氧還原反應(yīng)中間產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)的理解，團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了具有高度化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)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(huán)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(fā)表在Advanced Materials上。
(a)液氨中合成LiO2的現(xiàn)場拉曼光譜數(shù)據(jù)
(b)液氨中合成的LiO2在放置一段時(shí)間后產(chǎn)生N2的質(zhì)譜數(shù)據(jù)
(c-e)液氨中LiO2最終轉(zhuǎn)變?yōu)長iOH和LiOH·H2O紅外光譜，拉曼光譜和x-射線研究結(jié)果