Small Methods:光催化助力锂氧电池放电产物分解

锂-氧气电池因具有比传统锂离子电池(200-250 Wh/kg)高出约十倍的理论容量和能量密度(约2000 Wh/kg),从而吸引了学术界和工业界的广泛关注。然而,作为主要放电产物的过氧化锂,其充电分解所需的电位非常高(>4.0 V vs. Li/Li+)。这样的本质缺陷,严重的制约了锂氧电池的能量效率提升和循环稳定性的保持。随着光催化剂的引入,在充电过程中产生的强氧化性的电子空穴能够在极低的电位下(<2.5V vs. Li/Li+)有效的分解过氧化锂产物,从而大大提升了电池的能量效率。但是,在光催化辅助充电的过程中,强氧化性的电子空穴同时也会进攻电解液在内的其他电池组分。因此,怎样有效利用光催化过程分解放电产物,同时尽可减少其副作用,成为提升锂氧电池稳定性的关键。

近日,南京大学现代工学院周豪慎教授研究团队,以及其在日本产业综合技术研究院的(AIST)的博士研究生乔羽,通过将超高浓度醚类电解液体系引入锂氧电池的光催化充电过程中,有效的抑制了强氧化性电子空穴对传统电解液体系的进攻。与此同时,该团队还优化出一套适用于光催化辅助的混合充电模式,即保留普通充电模式下较为安全的低过电位充电部分,而在数次循环积累过氧化锂产物后,引入光催化辅助充电“清扫”电极。这样的混合充电模式即可以有效的利用光催化剂“清理”电极表面的放电产物,同时又能够抑制长时间光照过程中可能产生的不稳定因素,进而更加合理的将锂氧电池和光催化过程结合起来。相关论文发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700284)

相关工作得到了国家自然科学基金,日本科学技术振兴机构,国家留学基金委以及南京大学现代工学院的资助。

Speak Your Mind

*