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具有超高能量密度的鋰（Li）-空氣電池引起了廣泛關(guān)注，但由于負(fù)極上的枝晶/鈍化和正極上的不溶放電產(chǎn)物，它們通常表現(xiàn)出較差的性能。然而，最近的許多工作只是設(shè)計(jì)了高效催化劑或僅制備了穩(wěn)定的負(fù)極來解決上述問題的一個(gè)方面。

在此，中科院青島能源所崔光磊研究員等人通過碘化鋅（ZnI₂）與鋰的置換反應(yīng)以及隨后的α-氰基丙烯酸乙酯（ECA)的加成聚合，在金屬鋰上構(gòu)建了新型含碘的多功能聚合物/合金界面層（IPA），所得的基于IPA的鋰 (IPA-Li) 進(jìn)一步用作鋰空氣電池的負(fù)極。聚ECA是IPA-Li負(fù)極中的主要有機(jī)相，不僅具有高機(jī)械柔韌性，可以明顯減輕鋰表面的內(nèi)應(yīng)力，而且還充當(dāng)致密有效的保護(hù)層以防止鋰負(fù)極在循環(huán)過程中受到空氣/O₂的侵蝕。

此外，均勻的LiZn合金納米顆粒在IPA-Li負(fù)極上形成了許多具有高Li⁺電導(dǎo)率的傳輸通道，并顯示出與Li的優(yōu)異親和力，有效抑制了鋰枝晶的無限生長(zhǎng)。此外，源自IPA-Li電極的可溶性含I物質(zhì)顯著促進(jìn)了低充電電壓下放電產(chǎn)物的可逆分解。

圖1. IPA-Li復(fù)合材料的合成過程示意圖及表征

受益于穩(wěn)定的親鋰混合層，帶有IPA-Li負(fù)極的對(duì)稱紐扣電池可以穩(wěn)定運(yùn)行超過 1200小時(shí)，平均過電位<20 mV，而裸鋰負(fù)極的過電位在僅循環(huán)400小時(shí)后就增加到>210 mV。在干氧和純氧環(huán)境下，使用IPA-Li負(fù)極的Li-O₂電池可以穩(wěn)定運(yùn)行135次循環(huán)，端電壓間隙< 1.4 V，遠(yuǎn)優(yōu)于基于裸鋰負(fù)極的Li-O₂電池（47次循環(huán)，具有3.5 V的巨大放電/充電電壓滯后）。

即使在環(huán)境空氣中，基于IPA-Li的鋰空氣電池在120次循環(huán)后充電電壓仍小于4.2 V。然而，純鋰基電池僅在25次循環(huán)后充電電壓就高于4.5 V。本文提出的新型聚合物/合金界面層為鋰金屬負(fù)極的保護(hù)提供了一種可行的新思路，為開發(fā)高能量密度鋰空氣電池提供了可行性。

圖2. 環(huán)境空氣中穩(wěn)定工作的鋰空氣電池性能

I-containing Polymer/Alloy Layer-Based Li Anode Mediating High-Performance Lithium–Air Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108993

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崔光磊AFM: 基于含碘聚合物/合金層基鋰負(fù)極的高性能鋰空氣電池

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