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可充电锂电池的突破

滑铁卢大学的化学家们成功解决了围绕锂 - 氧电池的两个最具挑战性的问题,并在此过程中创造了一种工作电池,其库仑效率接近100%。

本周出现在“科学”杂志上的这项新工作证明,锂 - 氧电化学的四电子转换是高度可逆的。该团队是第一个实现四电子转换的团队,它将锂 - 氧(也称为锂 - 空气)电池的电子存储加倍。

“基于热力学的存在局限性,”加拿大固态能源材料研究主席,该项目的资深作者Linda Nazar说。“尽管如此,我们的工作已经解决了人们长期以来一直试图解决的基本问题。”

锂 - 氧(Li-O2)电池的高理论能量密度和相对较轻的重量使它们成为可充电电池系统的圣杯。但电池化学性和稳定性的长期问题使它们成为纯粹的学术好奇心。

两个更严重的问题涉及细胞化学中间体(超氧化物,LiO 2)和过氧化物产物(Li 2 O 2)与多孔碳阴极反应,从内部降解细胞。此外,超氧化物在该过程中消耗有机电解质,这极大地限制了循环寿命。

Nazar和她的同事将有机电解质转换为更稳定的无机熔盐,将多孔碳阴极转换为双功能金属氧化物催化剂。然后通过在150℃下操作电池,他们发现形成更稳定的产物Li2O而不是Li2O2。这导致高度可逆的锂氧电池,库仑效率接近100%。

通过储存O2作为氧化锂(Li2O)代替过氧化锂(Li2O2),电池不仅保持了优异的充电特性,而且在系统中实现了最大的四电子转移,从而将理论储能提高了50%。

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