Science:两电子变四电子，高能量密度的锂氧电池

huachuan

锂氧气电池具有较高的理论能量密度而受到研究人员的关注。在锂氧电池中，金属Li和氧气反应，经过一个两电子过程而形成过氧化物。但是由于过氧化物氧化性强，会和有机电解质发生反应，且常用的多孔炭电极（正极材料）也易被过氧化物刻蚀。这些副反应严重阻碍了Li-O2电池的发展。

当锂金属和氧气反应时，通过四电子过程能够形成Li2O。与强氧化性的Li2O2不同，Li2O是一个较为温和的氧化剂，较难与有机电解质发生反应。因此，作者认为，通过四电子过程形成Li2O是提高Li-O2电池性能的有效步骤。

作者首先发现，在室温下，金属Li和氧气反应更加倾向于生成Li2O2；如果提高反应温度到大于150 oC时，倾向于生成Li2O。为此作者通过以下几个步骤来构建新型的Li-O2电池。

1.       将Li-O2电池的操作温度设定为150 oC，使得热力学上更容易生成Li2O；

2.       使用熔融盐（LiNO3/KNO3）作为液态的电解质；（具有高化学稳定性和电导率）

3.       非碳基的Ni纳米可以作为氧还原的催化剂，LAGP作为固体电解质。

基于以上改进，作者成功构筑了高能量密度的Li-O2电池。

参考文献

A high-energy-density lithium-oxygen battery based on a reversible four-electron conversion to lithium oxide, C. Xia, C. Y. Kwok, L. F. Nazar, Science 2018, DOI：10.1126 / science.aas9343