基于金属导电性二氧化钌空心球非碳电极的锂-氧气电池

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受锂离子嵌入/脱出机理的限制,锂离子电池的能量密度难以满足市场对高能量密度设备的需求,比如电动汽车。近年来,锂-空气电池高的理论能量密度吸引了全世界科学家们的广泛关注。研究发现,传统的碳材料在锂-空气电池中能够与放电产物过氧化锂反应生成难分解的碳酸锂,催化电解质分解和本身在高电位下发生电氧化反应。为了避免碳材料在锂-氧气电池中涉及的这些副反应,寻找合适的碳替代材料将是非常必要的。做为锂-氧气电池的正极,这一类材料必需具备:(1)高的电导率,(2)在电池的工作电压区间稳定,(3)能与放电产物和电解质兼容和(4)氧化原和析氧催化活性。能够同时满足这些条件的材料不多。

二氧化钌是一种具有金属导电性的氧化物电子导体。它同时具有优异的氧还原和析氧催化活性。基于此,日本国立产业技术综合研究所周豪慎首席研究员,李福军博士等和东京大学、南京大学、日本国立物质材料技术机构的研究人员利用二氧化钌空心球作为锂-氧气电池正极并获得了优异的电池充放电性能。所制备的锂-空气电池的充电平均电压降低到3.5 V,获得大的充/放电比容量(约1000 mAh/g),并且该电池在500mA/g时能够实现全充/全放循环稳定运行100次。它具有非常好的电池倍率性能。这是目前为止在锂-氧气电池非碳正极上所获得的最大充/放比电容量和能够实现电池全充/全放循环的三个仅有报道的电极材料之一。相关的研究成果发表在Advanced Energy Materials上。 

该工作能够有效避免传统碳材料在锂-氧气电池正极上的副反应,不仅能够提高电池性能,而且还可以提供一个良好的理解电池运作机制的平台。