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伊利諾亞理工學(xué)院/阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（來源：Science）
發(fā)布時(shí)間：2024-01-09
伊利諾亞理工學(xué)院的Mohammad Asadi教授和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Larry A. Curtiss教授通過在基于Li10GeP2S12納米顆粒嵌入改性聚氧化乙烯聚合物基體的復(fù)合聚合物電解質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)了Li2O是室溫固態(tài)鋰-空氣電池的主要產(chǎn)物。該電池可循環(huán)充電1000次，極化間隙小，可高速運(yùn)行。四電子反應(yīng)是由混合離子-電子-導(dǎo)電的放電產(chǎn)物及其與空氣的界面促成的。這一發(fā)現(xiàn)為在室溫下實(shí)現(xiàn)鋰基化學(xué)提供了新的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，而且電池的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前鋰離子技術(shù)所能提供的。相關(guān)成果以“A room temperature rechargeable Li2O-based lithium-air battery enabled by a solid electrolyte”為題發(fā)表在《Science》上。
本工作中使用的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）是使用硅烷偶聯(lián)劑mPEO-TMS合成的，與PEO-LiTFSI基質(zhì)中的Li 10GeP 2S 12（LGPS）納米顆粒進(jìn)行化學(xué)鍵合。作者使用mPEO-TMS是因?yàn)橐韵氯齻€(gè)原因：（1）與PEO相比，其分子結(jié)構(gòu)相似，避免了它們之間的任何相分離；（2）與PEO相比，在一定的分子量范圍內(nèi)，其Li +轉(zhuǎn)移數(shù)更高；（3）其-OCH3終止，改善了電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和合成的SSE的Li陽極穩(wěn)定性。
結(jié)果表明，鋰空氣電池中的SSE可以使室溫、可逆、四電子的Li2O反應(yīng)在1000次循環(huán)中以低極化間隙的速度在空氣中運(yùn)行。作者還通過進(jìn)行深度放電-充電實(shí)驗(yàn)來研究這種固態(tài)鋰空氣電池的潛力，這種固態(tài)鋰-空氣電池單元可以工作到~10.4 mAh/cm2的容量，產(chǎn)生~685 Wh/kg電池的比能量。此外，該電池在空氣中運(yùn)行良好，沒有任何有害影響。因此，基于SSEs的鋰-空氣電池架構(gòu)可以被構(gòu)建，它有利于四電子Li 2O反應(yīng)，并提供
一個(gè)真正的機(jī)會(huì)來獲得大于1千瓦時(shí)/千克的預(yù)計(jì)比能量，這超出了傳統(tǒng)鋰離子技術(shù)。
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