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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原文標(biāo)題:利用超氧-過氧化物可逆轉(zhuǎn)化,實現(xiàn)大容量鉀離子二次電池 | NSR
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