2020-12-11 16:09:28, WPGLYGH HORIBA(中国)

01
事件背景
锂空电池自其被发明以来就遭受了非常多的非议,一面是将其视为储能界的圣杯,另一面是将其看作遥不可及的梦想,在空气中应用会面临诸多问题。
这个争议在2018年的一篇Nature出炉后更是再次掀起巨浪。芝加哥大学的研究人员利用新型的电解液和正极,在类空气的环境下实现了700圈的循环。

一时间,媒体报道劈天盖地:




而这次,当年Nature的第一作者Mohammad Asadi已经独立建组,成为伊利诺理工大学的教授,他仍然在为锂空电池的发展而不懈努力,这次他在Advanced Materials上发表文章,声称实现了1200圈的循环,接近了之前Nature的两倍。

什么?竟然比Nature还牛X?来看看这篇文章到底有什么改进。
02
图文导读

图1 Mo3P的ORR和OER性能的测试
本文用的电解液还是之前的EMIM-BF4/DMSO (25%/75%) ,只是盐的浓度由之前的0.1 M变成了0.3 M LiTFSI,还在电解液中新加了TEMPO和DBBQ来降低过电位。正极部分Nature用的是Mo2S,而本文用的是Mo3P。在负极保护方面,Nature是利用Li-CO2电池预先循环在锂表面形成Li2CO3,而本文没有预先循环,作者说是电解液分解产生的副产物自动在负极表面生成Li2CO3。本文用的气体是模拟空气,78% N2,21% O2, 相对湿度为45%,500ppm CO2,这大概就是本文电池的基本配置了。经过作者测试Mo3P具有最好的ORR和OER性能(图1),这有利于降低充放电过程中的过电势。

图2 锂空气电池循环性能的测试
图2展示了这种锂空气电池的循环性能,循环了1200圈,这应该是突破历史了,从电位上来看,到100圈以后,充电电位上升明显。

图3 锂-空气电池Mo3P阴极放电和充电特性研究
之后作者对不同圈数循环后的正极进行表征,可以看到,充电200圈后,正极的形貌还能够保持,没有被放电产物或者副反应产物所覆盖。从DEMS的数据上来看(图3g,h),即使在空气条件下,电池所进行的反应还是2电子反应,放电产物为Li2O2(图3i,j,k),只有在循环1000圈之后,电池的正极才出现了Li2CO3副产物,这说明了该电池体系的稳定性。

图4 锂空气电池中Mo3P阴极的稳定性测试
图4a,b, 在Mo3P纳米颗粒表面可以观察到边界,表明存在不同结构的Mo原子。经验证,外层是面心立方晶体结构MoO岩盐面,这一点也得到了XPS测试的验证(图4d)。图4e是在不同圈数后,电解液的核磁测试结果,可以看到电解液的峰并没有明显的变化,说明了这种电解液在电池循环过程中非常稳定。
03
总结展望
虽然这篇文章的性能非常好,达到了非常长的循环,但是相比之前的Nature,只也是正极的创新更大,因此发到了Advanced Materials上。要想发高档期刊,除了性能,还是要有独创性。
本文将锂空电池的性能达到这么高,那么锂空的应用是不是快要来了呢?
04
文献信息
文章来源:Kinetically Stable Oxide Overlayers on Mo3P Nanoparticles Enabling Lithium–Air Batteries with Low Overpotentials and Long Cycle Life, Advanced Materials, 2020.
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004028

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