Small Science:固态锂空气电池的基础性理解和构筑

超高理论能量密度的非水锂空气电池在清洁能源技术领域的发展中备受关注。 然而,有机液体电解质易燃、易挥发的特性及电解质的分解等一系列安全挑战极大地阻碍了其实际应用。固态电解质具有机械强度高、开放环境中化学稳定性高、电化学窗口宽、不易燃烧等优势,为解决锂空气电池面临的安全问题,实现稳定、可实用的锂空气电池系统提供了一种可行策略。

Small Science最近发表了由吉林大学化学学院、无机合成与制备化学国家重点实验室徐吉静教授团队撰写的综述文章,系统地介绍了固态锂空气电池的研究进展,在全面认识发展固态锂空气电池的必要性和固体电解质的离子迁移机理的基础上,概述了锂空气电池中固态电解质的分类,包括以钠离子快导体、石榴石、钙钛矿、反钙钛矿、分子筛为代表的无机氧化物和以硫代-锂离子快导体、Li2S-P2S5为代表的无机硫化物的两类无机固态电解质,以聚氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸为代表的聚合物固态电解质、以无机-有机复合固态电解质和固-液复合准固态电解质为代表的复合固态电解质,并对各种类型电解质特性与应用情况进行了讨论分析。此外,重点围绕正极制备(通过热处理机械加工方式以降低界面阻抗、发展高效多孔催化剂以提升正极的催化活性、开发非碳材料以避免高电位下碳基正极的分解问题、构筑一体化准固态电池体系以提升电池的综合性能)、锂负极优化(负极表面包覆层、固态电解质界面层、钝化膜)、电解质设计(通过杂质元素掺杂以提高无机固体电解质的离子电导率,通过聚合物共混、添加交联剂、增塑剂以降低固态聚合物链结构的有序度和结晶度)、电极与电解质的界面调控(在固态电解质和锂负极之间构建锂离子导电层、金属或金属氧化物包覆层、固态电解质界面保护层,原位集成的多孔正极固态电解质)四方面讨论了固态锂空气电池的构筑策略。最后从构筑多功能复合空气正极、设计稳定的电池结构、开发具有低界面阻抗和高稳定性的固态电解质、发展外场辅助的固态锂空气电池新体系、开展系统深入的机理研究等方面展望了固态锂空气电池的发展前景,对未来设计和开发安全、稳定的固态锂空气电池具有重要意义。

Fundamental Understanding and Construction of Solid-State Li−Air Batteries

Huan-Feng Wang, Xiao-Xue Wang, Fei Li, Ji-Jing Xu*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202200005

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202200005