ACS Energy Letters:硫掺杂石墨烯作为反应性盾牌保护钾金属负极抑制K-O2电池中的氧交叉反应
北2北
保护碱金属负极免受正极氧气带来的交叉影响是碱金属-氧气电池实用化需要克服的一个关键问题。在之前的研究中，人们通常认为惰性的保护层能够在电化学循环过程中保持稳定从而隔绝碱金属负极和氧气的接触。不过，近日，日本筑波大学Yoshikazu Ito与美国俄亥俄州立大学Yiying Wu等发现具有反应活性的硫掺杂石墨烯也能够作为一道屏障实现上述功能。
本文要点
1) 该工作的思路是使用具有反应活性的物质与正极形成的具有侵蚀性的含氧物种发生反应来抑制交叉反应。反应产物会形成具有保护性的屏障来防止进一步的副反应。研究人员利用自支撑碳掺杂多孔石墨烯来实现这一反应性盾牌的功能。
2) 在电化学循环的过程中，石墨烯保护层中的含硫物种会与O2/O2-等物质发生化学反应，KO2这种电化学副产物也会优先在石墨烯外表面发生沉积，这一双重效应使得该多孔石墨烯能够有效防止界面副反应产物在活泼钾金属负极表面的积累。
3) 光谱分析的结果表明即便在经过140周的深度循环后金属钾负极表面也没有发小KO2副产物的积累，不过未经保护的对照组很快表面变黄并在50周后发生电池失效。在1000mAh/g的容量钳制条件下，硫掺杂多孔石墨烯保护的K-O2电池能够稳定工作超过550小时。
Kailong Hu et al, Building a Reactive Armor Using S-Doped Graphene for Protecting Potassium Metal Anodes from Oxygen Crossover in K–O2 Batteries, ACS Energy Letters, 2020
DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00715
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00715
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