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長春應化所鋰-氧電池反應機理研究獲進展

鉅大LARGE  |  點擊量:1009次  |  2020年04月15日  

(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LiOHbullH2O紅外光譜,拉曼光譜和x-射線研究結果。


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,鋰-氧電池表現為循環穩定性較差,這歸因于氧還原物種(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,因此其化學性質尚不清晰。


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,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:CryosynthesisandChemical/ElectrochemicalReactivities為題,發表在TheJournalofPhysicalChemistryLetters上。


基于對鋰-氧電池氧還原反應中間產物化學性質的理解,研究團隊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,提升了電池的循環壽命。研究工作以AHigh-PerformanceLi-O2BatterywithaStronglySolvatingHexamethylphosphoramideElectrolyteandaLiPON-ProtectedLithiumAnode為題,發表在AdvancedMaterials上。


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