Peter Bruce子刊：Li-O2电池放电性能大提升！

Li-O₂电池在放电时会在正极表面形成Li₂O₂薄膜，引起低容量、低速率、过早失效等问题。当然，也有可能会在溶液中形成Li₂O₂颗粒，使得电池在较高速率下具有较高容量，并延长使用寿命。实现在溶液中放电是非常重要的，而利用受体数目较多的溶剂或盐来溶解Li₂O₂形成过程中的LiO₂中间体，将有利于放电过程。

 

然而，矛盾无处不在，矛盾无时不有。这不，又一个矛盾出现了：受体数目较多的溶剂所具有的优良特征（譬如高极化率）使得他们对LiO₂或Li₂O₂不稳定。

 

不过，也不用着急，世间万物，相生相克，总会有解决的办法。有鉴于此，Gao等人报道了一种通过引入苯醌类添加剂 2,5-di-tert-butyl-1,4-benzoquinone（DBBQ）的办法，实现了在低极化率和弱溶解性电解质溶液中促进Li₂O₂的形成，放电性能大大提高！

更重要的是，该方法

1）有效抑制了Li₂O₂在正极表面的直接还原，避免了Li₂O₂薄膜的生长以及一系列的危害；

       2）放电过程中的过电位减半，容量增加80-100倍；正极容量>4 mAh cm^-2_areal时，放电速率>1 mA cm^-2_areal。

 

图1. 放电过程

 

图2. DBBQ对O₂还原的影响

 

图3. DBBQ对放电的影响

 

图4. 放电机理以及DBBQ的影响

 

图5. DBBQ在放电过程中发生的反应

 

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Xiangwen Gao †, Yuhui Chen †, Lee Johnson and Peter G. Bruce. Promoting solution phase discharge in Li–O₂ batteries containing weakly solvating electrolyte solutions. Nature Materials, 2016.