Li-O2電池/ESM/王開學、陳杰勝:DPPH氧化還原介質和石墨烯-木犀草素保護陽極促進鋰氧電池電化學性能

【論文連結】

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.06.036

 

【論文摘要】

1 高理論能量密度的非質子Li-O2電池被認為是有前途的下一代儲能器件。但是，在充放電過程中，放電產物（Li2O2）的積累會導致電池的過電位過高、循環效率低、循環穩定性差。

2 可溶性氧化還原介質（RMs）已被證明能有效地促進Li2O2顆粒的氧化。然而，鋰金屬表面電化學氧化介質（RMsox）的自放電會加速鋰枝晶的形成。

3 本文設計並應用含氮自由基1,1-二苯基-2-苦參醯肼基2,2-二苯基-1-（2,4,6-三硝基苯基）肼（DPPH）來降低鋰氧電池的過電位。此外，在鋰表面形成石墨烯/木犀草素保護層，成功地抑制了氧化DPPH在Li金屬表面的自放電和鋰枝晶的形成。

4 因此，使用DPPH和穩定的石墨烯/木犀草素保護層可實現超穩定循環穩定性（>150次循環）。RMs與穩定鋰保護層的協同作用，對開發可持續耐用的鋰氧電池具有一定的啟發意義。

 

【圖文摘取】 

  

【主要結論】

1 以二苯基苦味酸苯肼（DPPH）為有效的可溶性氧化還原介質，採用滴塗法在鋰箔表面製備了一層由還原氧化石墨烯和木犀草素組成的GL薄層。DPPH有效地促進了O2在電解液中的溶解度和遷移速率，促進了電極/電解液界面上的電荷輸運和Li2O2的分解。

2 還原氧化石墨烯與木犀草素形成保護層，抑制鋰枝晶的生長和氧化DPPH在循環過程中的還原。在DPPH和GL保護層的作用下，Li-O2電池的電化學性能得到了顯著改善。在400 mA g-1的高電流密度下放電/充電，固定容量為1000 mAh g-1，即使在80次循環後仍保持4.12 V的低端充電電壓。

3 經過長時間的充放電循環後，鋰金屬陽極表面光滑，表明鋰枝晶生長受到抑制。木犀草素和DPPH之間穩定的喹啉自由基和鋰金屬表面均勻的電流密度是抑制鋰枝晶形成的主要原因。將RM和Li金屬保護層結合起來是提高鋰氧電池電化學性能的有效方法。

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