复旦大学彭慧胜Adv.Mater.：锂空气电池循环寿命大幅提高至610圈

【引言】

近年来，具有高理论能量密度（3500Wh·kg^-1）的可充电Li-Air电池备受关注。然而在循环过程中，其可逆放电产物过氧化锂（Li₂O₂）与空气中的水分子和CO₂发生副反应，造成不可逆产物的生成和自身的消耗，严重限制了其循环寿命。因此，目前关于Li-Air电池的报道大多是在纯氧气氛下进行测试研究。

【成果简介】

针对目前Li-Air电池在空气中稳定性差的问题，复旦大学彭慧胜教授（通讯作者）带领的团队提出一种提高其循环寿命的新策略。在该工作中，研究人员通过引入LDPE（低密度聚乙烯）膜来阻隔水汽，并结合含有LiI氧化还原媒介的凝胶电解质，开发了一种全新的具有超长循环寿命的柔性Li-Air电池。LDPE的引入可有效地抑制放电过程中Li₂O₂与空气中的H₂O和CO₂生成Li₂CO₃的副反应发生，同时LiI的存在促进了充电过程中Li₂O₂的分解，进而将Li-Air电池循环寿命大幅提高至610圈。此外，考虑到各项组装基元具有良好的柔性，研究人员实现了具有良好耐弯折性能柔性Li-Air电池的组装，得到的柔性Li-Air电池浸没在水中时依然保持着优异的电化学性能。该成果以题为“A Li–Air Battery with Ultralong Cycle Life in Ambient Air”发表在Advanced Materials上。

【图文导读】

图1.LDPE的引入抑制Li₂O₂生成Li₂CO₃的副反应

a)空气氛围下，Li-Air电池氧化还原媒介在i)无ii)有LDPE膜存在下的工作机制

b)LDPE膜的H₂O、O₂渗透率与报道的氧气选择性膜对比

c)本征Li₂O₂、有/无LDPE膜保护下的Li₂O₂在空气氛围下工作一段时间后的XRD对比

图2.LDPE和LiI的存在大幅提高Li-Air电池循环寿命

a)不同类型Li-Air电池在2000mA·g^-1电流密度下的充放电曲线及b)循环性能（空气氛围下，相对湿度~50%）

c)LDPE和LiI存在时Li-Air电池不同循环次数下的充放电曲线及d)相应的循环性能（电流密度2000mA·g^-1，空气氛围下，相对湿度~5%）

e)本工作中Li-Air电池与之前文献报道的Li-Air电池循环寿命对比

图3.不同类型Li-Air电池放/再充电后电极形貌及结构表征

a,d,g)LDPE和LiI存在下电极放/再充电后SEM形貌及XRD谱图

b,e,h)只有LiI存在下电极放/再充电后SEM形貌及XRD谱图

c,f,i)只有LDPE存在下电极放/再充电后SEM形貌及XRD谱图

图4.柔性Li-Air电池的制备及其优异的柔性和防水性能

a)纤维状柔性Li-Air电池的制备示意图

b)500、1000次弯折后柔性Li-Air电池的充放电曲线

c)柔性Li-Air电池浸没到水中依然可以工作

d)有/无LDPE膜保护下的柔性Li-Air电池浸入水中前后的充放电曲线

e,f)柔性Li-Air电池可被编织到衣物中并为智能手机充电

【小结】

该工作利用LDPE（低密度聚乙烯）膜阻隔水汽的特性，结合含有LiI氧化还原媒介的凝胶电解质，实现了Li-Air电池在空气氛围中高达610次的超长循环寿命。同时，基于各组装基元良好的柔性，组装得到的柔性Li-Air电池展出了优异的电化学性能。这项工作为高性能电池的发展开辟了新的方向。

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

本文由材料人编辑部牛越编译， 周梦青审核，点我加入材料人编辑部。

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