Small:非水电解质可充锂空气电池空气下工作的关键进展

锂空气电池与其它电池体系相比具有超高的理论能量密度,在未来能源领域有较大的应用潜力。然而,目前所研究的大部分锂空气电池需要在纯氧气或者高度干燥的氧气环境下工作,要想真正实现锂空气电池在空气环境下工作依然是个挑战。况且,锂空气电池在未来能源领域若要充分发挥其优势也需要其在空气条件下工作。因此,为了真正实现锂空气电池在未来的进一步发展和应用,充分分析研究总结近年来致力于提高锂空气电池在空气环境下工作的电池性能的研究进展非常必要,至今综合性的文献报道很少。

澳大利亚伍伦贡大学王佳兆教授团队携手南京工业大学吴宇平教授团队以及德国弗赖堡大学Simon Thiele教授针对这一问题进行了全面的分析总结:通过改善正极、隔膜、电解液、金属锂负极等方面均可进一步提升锂空气电池在空气环境下工作的性能。相关结果发表在Small(DOI:10.1002/smll.201903854)上。该文全面分析并解释了目前锂空气电池在空气环境下工作的一些难题:气体杂质(水以及二氧化碳等)会影响锂空气充放电反应中的电池化学反应;有机电解液的挥发降解会影响电池的循环寿命;金属锂负极由于受到氧气和水的侵蚀变得不稳定从而影响电池的性能。针对这些棘手的问题,介绍了一些解决策略,例如通过引入氧气选择性透过膜以及采用高效率的催化剂材料,提高锂空气电池性能;采用替代性电解液如固态电解质、凝胶聚合物电解质以及疏水离子液体电解质,改善锂空气电池性能;通过隔膜改性稳定锂空气电池。对锂负极进行改性,比如通过引入一层保护膜和采用锂化负极也可有效稳定锂负极,从而提升锂空气电池整体性能。本文还对锂空气电池真正实现空气条件下工作的研究趋势进行了分析,并对琪前景进行了展望。