近日，我校材料學(xué)院王雷教授和黃揚(yáng)博士在Advanced Energy Materials（影響因子：21.875）上發(fā)表題為“Strategies toward stable nonaqueous alkali metal-O2 batteries”的綜述性論文（10.1002/aenm.201900464）。深圳大學(xué)為論文第一通訊單位。
近十年來(lái)，新能源電動(dòng)汽車(chē)得到了蓬勃發(fā)展，但當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù)難以滿足電動(dòng)汽車(chē)長(zhǎng)續(xù)航里程的需求。因此，人們迫切期待高能量密度和高輸出功率的新電池技術(shù)。由鋰、鈉、鉀等堿金屬與氧氣組成的空氣電池因能量密度高、成本低等優(yōu)勢(shì)，贏得了業(yè)界廣泛關(guān)注，但此類(lèi)電池也存在空氣電極副反應(yīng)嚴(yán)重、電解液不穩(wěn)定、堿金屬負(fù)極易產(chǎn)生枝晶和體積膨脹、電池生命周期短等缺點(diǎn)，使得二次堿金屬空氣電池的前景不容樂(lè)觀。如何提高正極材料在高電位和富氧自由基條件下的穩(wěn)定性，如何提高電解液對(duì)氧自由基的耐受性以及與堿金屬負(fù)極的匹配性，如何抑制堿金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)和體積膨脹，提高負(fù)極的穩(wěn)定性，這些都是目前堿金屬空氣電池研究中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。
針對(duì)當(dāng)前在提高堿金屬空氣電池穩(wěn)定性上的研究進(jìn)展，該文章從正、負(fù)極材料以及有機(jī)電解液三個(gè)方面系統(tǒng)闡述了導(dǎo)致堿金屬空氣電池穩(wěn)定性不足的深層機(jī)理，并分別總結(jié)分析了提高空氣正極、堿金屬負(fù)極和有機(jī)電解液穩(wěn)定性的有效策略。其中，提高空氣正極穩(wěn)定性的方法包括設(shè)計(jì)固相催化劑降低充電過(guò)電位、碳正極表面包覆、設(shè)計(jì)無(wú)碳無(wú)粘結(jié)劑的正極以及開(kāi)發(fā)新型的正極氧化還原反應(yīng)；負(fù)極方面的研究思路包括設(shè)計(jì)負(fù)極保護(hù)層和人工SEI膜，或采用合金等負(fù)極取代金屬負(fù)極；在提高有機(jī)電解液穩(wěn)定性方面，主要的策略包括合成穩(wěn)定的溶劑分子和鋰鹽、提高電解液濃度、使用氧化還原介質(zhì)等電解液添加劑或改變電化學(xué)反應(yīng)路徑等。除了對(duì)目前提高堿金屬空氣電池穩(wěn)定性的策略進(jìn)行總結(jié)外，作者還展望了未來(lái)在機(jī)理、材料和器件結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步提高電池穩(wěn)定性的研究思路。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900464
