南京大学最新EES：太阳能驱动的全固态锂空电池可在超低温下工作!

北2北

2020-03-03

在军事、医疗和航空航天等很多领域应用的电池都能够实现低温下的正常工作，但是目前还没有能够同时实现高低温应用的商用电池的报道。使用无机固态电解质的全固态锂-空气电池在构建安全、高比能、宽温程储能器件方面具有很多优势。不过在低温下全固态锂空电池受限于电荷存储与转移的限制而并没有被开发出全部的潜力。近日，南京大学周豪慎教授与何平教授以及Jun Xu等运用太阳能光热电池技术成功地研制出了一款能够在-70℃低温条件下工作的全固态锂-空电池。

本文要点

1)这种新型全固态锂空电池之所以能够在超低温条件下正常工作是因为采用了等离子体增强的太阳能光热技术作为高效直接太阳能向热能的转化方式，这种方法有助于电池在低温环境下的稳定状态保持。该全固态锂空电池由等离子态空气正极、Li_1.5Al_0.5Ge_1.5P₃O₁₂(LAGP)全固态电解质、金属锂负极以及集流体构成。为了保证高效的光吸收和光热转换，研究人员还使用气相团束沉积技术将紧密堆积的单层等离子态Ru纳米结构组装在多孔电极中。

2) 这种等离子态多孔空气正极能够通过以下几种机制确保低温条件下的电池正常工作：一是包含碳纳米管和Ru纳米结构的典型光热材料能够高效广谱吸收阳光和光生热能；二是空气正极紧密锚定在固态电解质上固态电解质和锂金属提供直接快速地热量供给，从而在热力学上确保电解质和电极材料内的电荷存储与输送；三是单层Ru纳米结构沿着多孔空气电极表面紧密排列而产生强烈的等离子杂化效应，从而增强可见光的吸收与光热转换。

3) 在太阳光的辐照下，即便在-73℃的低温下这种全固态锂空电池的阻抗从10⁵Ω cm²降至10³Ω cm²，这比室温下固态电池内部的界面和电荷转移阻抗还要低。因此，这种太阳能光热全固态锂空电池能够在-73℃低温下在锂化容量1000mAh/g和400mA/g的电流密度下稳定循环15周，其室温下的循环寿命也超过了50周。

Hucheng Song et al, Solar-driven all-solid-sate lithium-air batteries operating at extreme low temperatures, Energy & Environmental Science, 2020

DOI: 10.1039/C9EE04039K

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/EE/C9EE04039K#!divAbstract