利用超氧-過氧化物可逆轉化,實現大容量鉀離子二次電池|NSR

2021-01-08 騰訊網

近日，南京大學及日本產業技術綜合研究所周豪慎教授團隊在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表研究論文，他們成功實現了超氧-過氧化物之間的可逆轉化，將其應用於鉀金屬二次電池的正極，並在此基礎上製備了大容量、封閉式、長循環的鉀金屬二次電池。

鉀金屬二次電池受到其正極容量的限制。向體系中引入氧元素相關的陰離子氧化還原活性，是提高其容量的可能方法。但是，該方法還面臨一些應用挑戰：首先，氧元素相關的陰離子氧化還原活性常常是不可逆的；其次，反應體系會產生氧氣，於是必須使用鋼瓶、淨化器等額外附件，而無法構建出全固相反應的封閉式電池。

在這項工作中，研究者針對性地引入催化導電電極骨架，從而成功實現了超氧-過氧化物之間的可逆轉化，並將其應用於電池正極，製備了基於氧元素相關陰離子氧化還原活性的大容量、封閉式鉀金屬二次電池。

研究表明，利用陰離子氧化還原活性，並基於過氧化物（KO2）和超氧化物（K2O2）之間轉化的電極反應，能夠提供比傳統鉀離子電池正極材料更高的容量和能量密度（見下圖）。

基於過氧化物（KO2）和超氧化物（K2O2）之間轉化的電極反應。（a）與傳統鉀離子電池正極材料之間的能量密度對比。（b）KO2和RuO2@rGO金屬催化導電框架之間的複合電極結構。（c）首圈充放電曲線。（d）長循環性能。

該研究成功實現了大容量、高比能鉀離子/金屬二次電池體系的可逆長循環，證明基於過氧/超氧化物之間可逆轉化的氧元素有關陰離子氧化還原活性可以被有效控制，並應用於二次電池儲能體系，為進一步研究提供了有力支撐。此項工作得到了國家自然科學基金的支持。

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