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37000cm威尼斯锂-氧电池反应机理研究获新进展

时间:2017-09-25

  -氧电池与锂-离子电池相比具有更高的理论比能量,吸引了学术界和工业界的广泛关注。目前的锂-氧电池表现为循环稳定性较差,这主要归因于氧还原物种(O2,LiO2Li2O2)和电池组件(电极材料和电解液)之间的副反应。若要消除这些副反应,需要从本质上理解氧还原物种的化学性质。O2Li2O2已经从实验和理论上研究得较为透彻,而LiO2由于在常规实验条件下不易获得,因此对它的化学性质不甚了解。 

  37000cm威尼斯彭章泉团队报道了一种在液氨(-78)中合成LiO2的方法,比较了O2,LiO2Li2O2在液氨中的化学反应性,首次从实验上证明LiO2是锂-氧电池中反应活性最高的氧还原物种,并从理论上给出了LiO2在液氨中的反应机制。同时还证明LiO2中间产物的存在时间越短,锂-氧电池的可逆性越高。研究工作以LiO2:Cryosynthesis and Chemical/Electrochemical Reactivities为题,发表在The Journal of Physical Chemistry Letters上。 

  基于对锂-氧电池氧还原反应中间产物化学性质的理解,团队还开发了具有高度化学和电化学稳定性的Hexamethylphosphoramide电解液体系,与目前的醚类电解液相比,极大提升了电池的循环寿命。研究工作以A High-Performance Li-O2 Battery with a Strongly Solvating Hexamethylphosphoramide Electrolyteand a LiPON-Protected Lithium Anode为题,发表在Advanced Materials上。

 (能源界面电化学组)

  (a)液氨中合成LiO2的现场拉曼光谱数据(b)液氨中合成的LiO2在放置一段时间后产生N2的质谱数据

(c-e) 液氨中LiO2最终转变为LiOHLiOHH2O红外光谱,拉曼光谱和x-射线研究结果

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