復旦大學彭慧勝Adv.Mater.：鋰空氣電池循環壽命大幅提高至610圈

【引言】

近年來，具有高理論能量密度（3500Wh·kg^-1）的可充電Li-Air電池備受關注。然而在循環過程中，其可逆放電產物過氧化鋰（Li₂O₂）與空氣中的水分子和CO₂發生副反應，造成不可逆產物的生成和自身的消耗，嚴重限制了其循環壽命。因此，目前關于Li-Air電池的報道大多是在純氧氣氛下進行測試研究。

【成果簡介】

針對目前Li-Air電池在空氣中穩定性差的問題，復旦大學彭慧勝教授（通訊作者）帶領的團隊提出一種提高其循環壽命的新策略。在該工作中，研究人員通過引入LDPE（低密度聚乙烯）膜來阻隔水汽，并結合含有LiI氧化還原媒介的凝膠電解質，開發了一種全新的具有超長循環壽命的柔性Li-Air電池。LDPE的引入可有效地抑制放電過程中Li₂O₂與空氣中的H₂O和CO₂生成Li₂CO₃的副反應發生，同時LiI的存在促進了充電過程中Li₂O₂的分解，進而將Li-Air電池循環壽命大幅提高至610圈。此外，考慮到各項組裝基元具有良好的柔性，研究人員實現了具有良好耐彎折性能柔性Li-Air電池的組裝，得到的柔性Li-Air電池浸沒在水中時依然保持著優異的電化學性能。該成果以題為“A Li–Air Battery with Ultralong Cycle Life in Ambient Air”發表在Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1.LDPE的引入抑制Li₂O₂生成Li₂CO₃的副反應

a)空氣氛圍下，Li-Air電池氧化還原媒介在i)無ii)有LDPE膜存在下的工作機制

b)LDPE膜的H₂O、O₂滲透率與報道的氧氣選擇性膜對比

c)本征Li₂O₂、有/無LDPE膜保護下的Li₂O₂在空氣氛圍下工作一段時間后的XRD對比

圖2.LDPE和LiI的存在大幅提高Li-Air電池循環壽命

a)不同類型Li-Air電池在2000mA·g^-1電流密度下的充放電曲線及b)循環性能（空氣氛圍下，相對濕度~50%）

c)LDPE和LiI存在時Li-Air電池不同循環次數下的充放電曲線及d)相應的循環性能（電流密度2000mA·g^-1，空氣氛圍下，相對濕度~5%）

e)本工作中Li-Air電池與之前文獻報道的Li-Air電池循環壽命對比

圖3.不同類型Li-Air電池放/再充電后電極形貌及結構表征

a,d,g)LDPE和LiI存在下電極放/再充電后SEM形貌及XRD譜圖

b,e,h)只有LiI存在下電極放/再充電后SEM形貌及XRD譜圖

c,f,i)只有LDPE存在下電極放/再充電后SEM形貌及XRD譜圖

圖4.柔性Li-Air電池的制備及其優異的柔性和防水性能

a)纖維狀柔性Li-Air電池的制備示意圖

b)500、1000次彎折后柔性Li-Air電池的充放電曲線

c)柔性Li-Air電池浸沒到水中依然可以工作

d)有/無LDPE膜保護下的柔性Li-Air電池浸入水中前后的充放電曲線

e,f)柔性Li-Air電池可被編織到衣物中并為智能手機充電

【小結】

該工作利用LDPE（低密度聚乙烯）膜阻隔水汽的特性，結合含有LiI氧化還原媒介的凝膠電解質，實現了Li-Air電池在空氣氛圍中高達610次的超長循環壽命。同時，基于各組裝基元良好的柔性，組裝得到的柔性Li-Air電池展出了優異的電化學性能。這項工作為高性能電池的發展開辟了新的方向。

文獻鏈接：A Li–Air Battery with Ultralong Cycle Life in Ambient Air（Adv.Mater. ,2017, DOI: 10.1002/adma.201704378）

本文由材料人編輯部牛越編譯， 周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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