由于其理論比能量高，鋰空氣電池被認為是鋰離子電池的潛在替代品。然而，迄今為止，這樣的系統(tǒng)主要限于純氧環(huán)境，并且由于涉及陰極、陽極和電解質(zhì)的副反應(yīng)而具有有限的循環(huán)壽命。在存在N2，CO2和水蒸氣的情況下，這些副反應(yīng)可能變得更加復(fù)雜。此外，由于需要儲存O2，鋰－氧體系的體積能量密度對于實際應(yīng)用而言可能太小。

【成果簡介】

近日，在伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校Amin Salehi－Khojin教授和阿貢國家實驗室Larry A． Curtiss教授（共同通訊作者）的團隊帶領(lǐng)下，與伊利諾伊理工大學(xué)和加利福尼亞州立大學(xué)合作，采用了兩種策略來限制在含有代表性量的O2，N2，CO2和H2O的模擬空氣氛圍中的鋰－氧電池中的副反應(yīng)。首先，團隊開發(fā)了Li2CO3／C涂層鋰陽極僅允許鋰陽離子通過，從而保護陽極免受模擬空氣的成分影響。其次，基于先前報道的二硫化鉬納米薄片構(gòu)建陰極，并使用離子液體1－乙基－3－甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIM－BF4）和二甲基亞砜（DMSO）的混合物作為電解質(zhì)。該系統(tǒng)的組件一起運行，以防止在CO2和H2O存在下形成副產(chǎn)物。在模擬空氣環(huán)境中作為鋰空氣電池工作，循環(huán)壽命長達700次。相關(guān)成果以題為“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air－like atmosphere”發(fā)表在了Nature上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 鋰空氣電池系統(tǒng)中陽極的特性表征

圖2 鋰空氣電池系統(tǒng)中陰極的性能表征

圖3 陰極充放電產(chǎn)物的微觀表征

圖4 鋰－空氣電池的陽極，陰極和電解質(zhì)的計算研究

【小結(jié)】

根據(jù)表征和計算研究表明，受保護的鋰陽極，電解質(zhì)混合物和高性能空氣陰極一起協(xié)同工作，在模擬空氣條件下提供循環(huán)壽命長的鋰－氧電池。這種設(shè)計的新架構(gòu)鋰空氣電池的能量密度比目前鋰離子電池的高得多，在該領(lǐng)域是有前途的一步。