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二氧化碳在锂氧电池中的作用新认识

发表日期:2020-06-16来源:放大 缩小

锂氧电池具有超高的理论能量密度,被视为储能界的圣杯。锂氧电池面临着诸多难以逾越的问题,体系的不稳定,副反应多,循环寿命短等都限制了其应用。而且,目前已发表的论文,锂氧电池绝大部分是在纯氧气的环境下测的,要想充分实现锂氧的高能量密度,必须在空气环境下测试,这样才能去掉不必要的氧气存储装置的重量。但是在空气的环境中,水和CO2都会影响电池的充放电行为,降低电池的性能。为此很多人也研究CO2和水对电池的影响,从CO2的影响来说,它会与过氧化锂反应,生成碳酸锂,碳酸锂比过氧化锂要更难分解,导致充电过电势的增加,副反应增多。而碳酸锂也一直是锂氧电池里的主要副产物,在循环过程中不断积累,造成电极堵塞,被视作阿喀琉斯之踵。因此之前的研究结论多数都是要完全排除CO2,避免Li2CO3的生成,但是CO2是从锂氧到锂空不可跨越的一道障碍,我们必须直面这个问题。
最近,中国科学院长春应化所张新波团队在Angew上发表文章“The Stabilization Effect of CO2 Chemistries in Li-O2/CO2 Batteries”,文中对CO2的引入对锂氧电池正极、负极、电解液的影响进行了更加全面的研究。
负极的表征和稳定性测试

电解液的稳定性测试
正极的稳定性测试
Li-O2/CO2电池性能的测试
这项研究发现CO2对锂氧电池起到了非常积极的作用,能够稳定正负极和电解液,从而实现了Li-O2/CO2电池的超长循环(715圈),而且CO2加到钠氧电池和钾氧电池中也能够提升电池的性能。这刷新了我们对CO2的认识,为人们深入认识锂氧电池中CO2的影响提供了另一个视角,也推动了锂氧到锂空的进程。
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