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内容

转自:中科院长春应化所科技信息平台

锂-氧电池与锂-离子电池相比具有更高的理论比能量,吸引了学术界和工业界的广泛关注。目前的锂-氧电池表现为循环稳定性较差,这主要归因于氧还原物种(O2−, LiO2和 Li2O2)和电池组件(电极材料和电解液)之间的副反应。若要消除这些副反应,需要从本质上理解氧还原物种的化学性质。O2−, Li2O2已经从实验和理论上研究得较为透彻,而LiO2由于在常规实验条件下不易获得,因此对它的化学性质不甚了解。

中科院长春应化所彭章泉团队报道了一种在液氨(-78℃)中合成LiO2的方法,比较了O2−, LiO2和 Li2O2在液氨中的化学反应性,首次从实验上证明LiO2是锂-氧电池中反应活性最高的氧还原物种,并从理论上给出了LiO2在液氨中的反应机制。同时还证明LiO2中间产物的存在时间越短,锂-氧电池的可逆性越高。研究工作以“LiO2: Cryosynthesis and Chemical/Electrochemical Reactivities”为题,发表在The Journal of Physical Chemistry Letters上。

图文导读

在液氨中合成得到的LiO2不稳定,与NH3反应释放N2,最终生成LiOH和LiOH•H2O,而O2−和 Li2O2在液氨中能稳定存在,红外和拉曼光谱没有发生变化,证明了LiO2具有最强的化学反应性。

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(a): 液氨中合成LiO2的现场拉曼光谱数据,(b): 液氨中合成的LiO2在放置一段时间后产生N2的质谱数据,(c-e): 液氨中LiO2最终转变为LiOH和LiOH•H2O红外光谱,拉曼光谱和x-射线研究结果。



通过在液氨中合成LiO2,首次从实验上比较了锂-氧电池中氧还原反应中间产物的化学反应性,发现LiO2具有最强反应活性;通过选择合适的放电条件和电解液体系,减少LiO2的存在时间,可大大提升电池的可逆性。这一发现将对锂-氧电池的研发起到重要作用。

拓展阅读

基于对锂-氧电池氧还原反应中间产物化学性质的理解,团队还开发了具有高度化学和电化学稳定性的Hexamethylphosphoramide电解液体系,与目前的醚类电解液相比,极大提升了电池的循环寿命。研究工作以“A High-Performance Li-O2 Battery with a Strongly Solvating Hexamethylphosphoramide Electrolyteand a LiPON-Protected Lithium Anode”为题,发表在Advanced Materials上。

文献链接

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.7b00680
https://onlinelibrary.wiley.com/ ... .201701568/abstract


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