吉林大學最新Nature：一種高度穩定的柔性沸石電解質固態鋰空氣電池

木文韜 2年前 (2021-04-22) 8368瀏覽

【引言】

在現有的電池系統中，鋰空氣電池具有最高的理論能量密度，并有望在下一代儲能設備中占據重要地位。然而，關于安全問題、電解質的分解和揮發、鋰負極的腐蝕和鋰枝晶的形成等幾個嚴重的挑戰仍然需要解決。為了規避這些問題，有必要開發一種固態鋰空氣電池（SSLAB），它包含一種固態電解質作為關鍵組件。除了高離子導電性、對鋰金屬負極的優越穩定性和良好的界面相容性外，適用于SSLAB的固態電解質應對空氣組分具有高穩定性，使電池能在環境空氣中工作，并具有高抗氧化性，防止氧還原中間物的腐蝕。然而，典型的高離子導電性和良好安全性能的無機固態電解質（如石榴石、鈣鈦礦、鈉鈣石和硫化物）目前并不適合，因為它們對金屬鋰或空氣不穩定。此外，固態電解質的高電導率導致鋰在電解質內成核，在電池內產生短路。另外，低成本大規模生產SSLAB仍然很困難，傳統無機固態電解質的非柔性也限制了其應用。到目前為止，為SSLABs設計一種同時實現高環境適應性和出色電化學性能的固態電解質仍然是一個挑戰。

【成果簡介】

今日，在吉林大學于吉紅院士和徐吉靜教授（共同通訊作者）團隊帶領下，提出了一種集成的固態鋰空氣電池，它包含一個超薄的、高離子導電的鋰離子交換沸石X膜（LiXZM）作為無機固態電解質。采用原位組裝策略，該電解質與鑄鋰作為負極，碳納米管（CNTs）作為正極集成在一起。由于沸石固有的化學穩定性，有效地抑制了電解質因鋰或空氣的作用而變質。該電池碳納米管的容量為12020?mAh/g，在電流密度為500?mA/g和容量為1000?mAh/g的情況下，循環壽命為149次。在相同條件下，這種循環壽命比磷酸鋁鍺鋰（12次）和有機電解質（102次）的電池更長。沸石基鋰空氣電池的電化學性能、柔性和穩定性賦予其實際應用性，可以擴展到其他儲能系統，如鋰離子電池、鈉空氣電池和鈉離子電池。相關成果以題為“A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery”發表在了Nature。

【圖文導讀】

圖1?沸石固態電解質的示意圖和特征