超氧-過氧化物之間的可逆轉(zhuǎn)化

近日，南京大學(xué)及日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所周豪慎教授團隊在《國家科學(xué)評論》（National Science Review,NSR）發(fā)表研究論文，他們成功實現(xiàn)了超氧-過氧化物之間的可逆轉(zhuǎn)化，將其應(yīng)用于鉀金屬二次電池的正極，并在此基礎(chǔ)上制備了大容量、封閉式、長循環(huán)的鉀金屬二次電池。

鉀金屬二次電池受到其正極容量的限制。向體系中引入氧元素相關(guān)的陰離子氧化還原活性，是提高其容量的可能方法。但是，該方法還面臨一些應(yīng)用挑戰(zhàn)：首先，氧元素相關(guān)的陰離子氧化還原活性常常是不可逆的；其次，反應(yīng)體系會產(chǎn)生氧氣，于是必須使用鋼瓶、凈化器等額外附件，而無法構(gòu)建出全固相反應(yīng)的封閉式電池。

在這項工作中，研究者針對性地引入催化導(dǎo)電電極骨架，從而成功實現(xiàn)了超氧-過氧化物之間的可逆轉(zhuǎn)化，并將其應(yīng)用于電池正極，制備了基于氧元素相關(guān)陰離子氧化還原活性的大容量、封閉式鉀金屬二次電池。

研究表明，利用陰離子氧化還原活性，并基于過氧化物（KO2）和超氧化物（K2O2）之間轉(zhuǎn)化的電極反應(yīng)，能夠提供比傳統(tǒng)鉀離子電池正極材料更高的容量和能量密度（見下圖）。

基于過氧化物（KO2）和超氧化物（K2O2）之間轉(zhuǎn)化的電極反應(yīng)。（a）與傳統(tǒng)鉀離子電池正極材料之間的能量密度對比。（b）KO2和RuO2@rGO金屬催化導(dǎo)電框架之間的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)。（c）首圈充放電曲線。（d）長循環(huán)性能。

該研究成功實現(xiàn)了大容量、高比能鉀離子/金屬二次電池體系的可逆長循環(huán)，證明基于過氧/超氧化物之間可逆轉(zhuǎn)化的氧元素有關(guān)陰離子氧化還原活性可以被有效控制，并應(yīng)用于二次電池儲能體系，為進一步研究提供了有力支撐。此項工作得到了國家自然科學(xué)基金的支持。

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