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基于电子/离子双传导凝胶颗粒结构的高容量和长寿命锂氧气电池正极

更新时间  2022-05-07 00:07 阅读
本文摘要:【章节】锂氧电池(LOB)具备十倍于锂离子电池的理论比能量,被指出是极具前途的下一代电池。经过十年研究,其实际比能量依然过于低,且循环性相比之下无法令人满意。许多之前报导的LOB负极虽然比容量超高,可约>10,000mAh·g-1,但毕竟基于十分厚且超轻的材料,如石墨烯片,碳纳米管或其他多孔碳气凝胶。 这些材料仅有占到整个电池的重量比很低,因此根据这些负极材料的重量计算出来的比容量对设计具备低能量密度的LOB原型电池没指导性。

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【章节】锂氧电池(LOB)具备十倍于锂离子电池的理论比能量,被指出是极具前途的下一代电池。经过十年研究,其实际比能量依然过于低,且循环性相比之下无法令人满意。许多之前报导的LOB负极虽然比容量超高,可约>10,000mAh·g-1,但毕竟基于十分厚且超轻的材料,如石墨烯片,碳纳米管或其他多孔碳气凝胶。

这些材料仅有占到整个电池的重量比很低,因此根据这些负极材料的重量计算出来的比容量对设计具备低能量密度的LOB原型电池没指导性。经常被忽视的问题是,LOB负极作为一种空气负极,必须氧气参予电化学反应,而一旦电极做到薄,氧气很难蔓延入电极的内部,就不会造成比容量大幅度减少。事实上,目前依然没可充电的LOB原型电池同时具备低于锂离子电池的比能量(280Wh·kg-1)以及小于10次的循环寿命,相当大一部分原因正是在于氧气的蔓延艰难。

为了解决问题上述难题,本文讲解一种“打碎凝胶化”策略来提高薄LOB负极的比容量和循环性:具备液体电解质的常规LOB负极用柔性的交联聚合物凝胶化,再行磨碎成颗粒,颗粒间的缝隙可以作为氧气蔓延的快速通道;同时,聚合物的弹性不会提高过氧化锂与碳之间的认识,不利于电子移往并提高可循环性。获益于此设计,在需要加到任何催化剂下,构建了超过55mAh·cm-2的单位面积容量,循环寿命长约170次循环(1000mAh·g-1)。【成果概述】近日,华中科技大学黄云辉教授和沈越副教授(通讯作者)等人,引进了“打碎凝胶化”策略来提升Li-O2电池单位面积容量和循环寿命。

传统的具备液体电解质的Li-O2负极材料与高弹性交联聚合物凝胶简化并小块50?200μm颗粒。凝胶颗粒之间的间隙可以有效地将氧气引进负极的内部,使得Li2O2在薄的空气负极内部生长。同时,聚合物链的弹性有助保持良好的碳和Li2O2纳米颗粒之间的认识,进而提高电子传导和循环性。


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