ACS Nano：用于高性能锂氧电池的有机锗纳米线正极

Nanoyu

2020-11-12

锂氧电池（Li−O₂）具有很高的理论能量密度，因此备受关注。Li−O₂电池通过Li₂O₂的可逆生长/分解来储存能量。为了开发合适的催化剂来促进Li₂O₂的可逆生长/分解，目前大多数研究都集中在通过催化活性来提高可逆性。然而，尽管催化剂的催化活性提高了放电和充电过程的效率，但催化剂的选择性较差，导致了各种副反应，电解液分解严重。在Li−O₂电池在放电和充电过程中，氧还原反应和析氧反应通过有机电解液中一系列的超氧化物物种（如O₂⁻、¹O₂、O₂²⁻、LiO₂和Li_2-xO₂）导致Li₂O₂的生长和分解。

近日，韩国高丽大学Dong-Wan Kim研究了用于Li−O₂电池正极的有机锗纳米线（OG NWs）的抗超氧化物歧化（ASD）活性。

文章要点

1）有机锗聚合物是一种有效的抗氧化剂，已被研究用于治疗骨质疏松症、疟疾、高血压、癌症和获得性免疫缺陷综合征(AIDS)。在生物过程中，以（[HOOCCH₂CH₂Ge]₂O₃)_n形式存在的有机锗聚合物通过直接还原作用保护细胞免受氧化损伤。研究人员推测，这一机制可以被有益地用于清除Li−O₂电池中的超氧化物，从而减少氧化应激源在ORR/OER过程中造成的氧化损伤。

2）使用基于OG NWS的ASD膜可以增强放电产物Li₂O₂的表面诱导生长/分解。同时OG NWs对超氧化物（O₂²⁻和LiO₂）具有抗溶剂化作用。由于在循环过程中，寄生电化学/化学导致的副产物在电解液中的O₂正极上积累最少，因此，在许多循环周期中有效的可逆生长/分解具有可持续性。此外，OG-NWS对有机电解质具有不溶性。在使用氧化还原调节剂（RMs）时，装置在正极侧的OG NWS可以防止伴随的穿梭反应和有害的交叉反应等副作用。

3）研究人员从化学和电化学上验证了OG-NWs的ASD活性可有效提高Li−O₂电池的稳定性和动力学性能。

Gwang-Hee Lee, et al, Organogermanium Nanowire Cathodes for Efficient Lithium−Oxygen Batteries, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c07262

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07262