王春生Nature Communnications：通过抑制氧还原反应来实现安全的水系锂离子开放式电池

Nanoyu

2020-05-26

由于水基电解液的不可燃特性，水性锂离子电池不易着火。然而，目前电池普遍采用的密封结构限制了其内部的热量和压力的散失，使得水系电池也存在爆炸的风险。

有鉴于此，马里兰大学王春生教授报道了一种具有盐包水电解质和氧化铝涂层负极的开放式结构的安全的水系锂离子电池。

文章要点

1）结果表明，O₂在电解液中的溶解度从1 m“水包盐电解质” (SiWE) (1 m Li2SO4)中的1.97 mg L^-1降低至28 m “盐包水电解质”（WiSE）（21 M LiTFSI+8 M LiOTf，摩尔每公斤）的0.95 mg L^-1，并且在63 m时，进一步降至0.19 mg L^-1，显著抑制了锂基负极上的氧化还原反应。在锂基负极表面涂覆2.0 nm厚的氧化铝（Al₂O₃）层可以进一步抑制锂基负极的ORR。此外，由于LiTFSI盐具有很强的亲水性，即使在100 °C的高温下，28 m的WiSE也可以防止水的蒸发。

2）28 m长的LiMn₂O₄∥Al₂O₃@LiTi₂(PO₄)₃开路动力电池的能量密度为62.4 Wh kg^-1，循环寿命稳定在1000次以上。此外，具有63 m WiSE （42 m LiTFSi+21 m Pyr₁₃.TFSi ）的0.1 Ah LiVPO₄F∥Al₂O₃@Li₄Ti₅O₁₂开式电池，能量密度为170 Wh kg⁻¹，循环50次以上的能量效率为92.8%。

Chen, L., Cao, L., Ji, X. et al. Enabling safe aqueous lithium ion open batteries by suppressing oxygen reduction reaction. Nat Commun 11, 2638 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-16460-w

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16460-w