香港中文盧怡君Nature Mater:高效率長(zhǎng)壽命的有機(jī)-氧電池

堿金屬-氧氣電池的兩個(gè)核心問題：

1. 堿金屬-氧氣電池由于具有比鋰離子電池更高的理論能量密度而倍受研究人員的關(guān)注。其中，基于過氧化物的非質(zhì)子氧氣電池具有最高的理論能量密度，但其過電位高（~2.0V）、倍率性能低（<1.0 mA cm-2）、循環(huán)性能差（<100 cycles）。

2.堿金屬陽極帶來了與安全問題和長(zhǎng)期穩(wěn)定性相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題。循環(huán)過程中枝晶的積累可能導(dǎo)致短路并引起火災(zāi)甚至電池爆炸。此外，堿金屬對(duì)有機(jī)電解質(zhì)的高反應(yīng)性會(huì)同時(shí)消耗陽極和電解質(zhì)，降低了循環(huán)壽命。

本文亮點(diǎn)

1. 本文描述了一種安全，高效率和長(zhǎng)壽命的氧氣電池，它利用鉀聯(lián)苯絡(luò)合物作為陽極，二甲基亞砜介導(dǎo)的鉀超氧化合物作為陰極。

2. 所提出的鉀聯(lián)苯配合物 - 氧電池在4.0 mA cm-2的高電流密度下庫(kù)侖效率超過99.84％，且具有前所未有的循環(huán)壽命（3,000次循環(huán)）。

3. 通過向苯環(huán)中加入給電子甲基進(jìn)一步降低了聯(lián)苯的氧化還原電位，與K/K+成功地實(shí)現(xiàn)了0.14 V的氧化還原電位，為進(jìn)一步改善堿金屬有機(jī)氧電池的電池電壓和能量密度指明了方向。

圖文解析

圖1. 電化學(xué)表征和有機(jī)-氧電池示意圖

圖2. O2全電池和對(duì)稱電池中K金屬陽極和BpK陽極之間的性能比較。

圖3. BpK-O2電池的倍率性能和循環(huán)壽命。

圖4. 早期循環(huán)階段BpK-O2電池的庫(kù)倫效率變化。

圖5.放電產(chǎn)物的表征。

圖6.甲基化對(duì)Bp分子的氧化還原電位的影響。