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可充電鋰氧(Li-O₂)電池因其高達(dá)3500 Wh kg^?1的理論比能量而引起了人們對高能量密度儲能系統(tǒng)的研究興趣。但由于氧還原反應(yīng)(ORR)和氧析出反應(yīng)(OER)動(dòng)力學(xué)遲緩導(dǎo)致電池過電位過大，仍是亟待克服的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

為了解決上述問題，提出了各種策略，包括構(gòu)建電催化劑和可溶性氧化還原介質(zhì)。雖然充電電壓明顯降低，但電催化劑在充電過程中會(huì)加速電解質(zhì)的分解。此外，可溶性氧化還原介質(zhì)遷移到陽極，導(dǎo)致鋰金屬陽極效率低下和不穩(wěn)定。因此，有必要探索新的途徑，從本質(zhì)上促進(jìn)Li₂O₂的形成和分解，降低Li-O₂電池的大過電位。

光輔助鋰氧電池系統(tǒng)通過引入光，有效地降低鋰氧電池的大過電位，這已成為未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。然而，在放電和充電過程中，光激發(fā)電子和空穴的快速復(fù)合極大地阻礙了這一進(jìn)展。

成果簡介

吉林大學(xué)徐吉靜AM：多場輔助鋰空電池，超低過電位！

針對以上問題，吉林大學(xué)徐吉靜教授課題組在Advanced Materials上發(fā)表了最新成果，Magnetic and Optical Field Multi-Assisted Li-O₂ Batteries with Ultrahigh Energy Efficiency and Cycle Stability。作者開發(fā)了一種新型的磁場、光場輔助的Li-O₂電池，該電池采用生長了NiO納米片的三維多孔泡沫鎳(NiO/FNi)作為光電極。

在光照條件下，NiO/FNi光電極的光生電子和空穴在放電和充電過程中分別起著降低過電位的關(guān)鍵作用，也大大加快了傳統(tǒng)Li-O₂電池在放電/充電過程中難以形成/分解的Li₂O₂的速度。光激發(fā)電子和空穴的快速復(fù)合會(huì)導(dǎo)致過電勢降低效果不持久，通過引入外部磁場，洛倫茲力對光產(chǎn)生的電子和空穴起相反的作用，從而抑制載流子的復(fù)合。之后，鋰氧電池能在超低的氧化電壓下穩(wěn)定工作，這與電子和空穴的良好抑制有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)證明，磁場、光場輔助的Li-O₂電池的充電電壓達(dá)到了≈2.73 V的超低水平，比理論值2.96 V還要低，電池具有很高的穩(wěn)定循環(huán)性能，能量效率高達(dá)96.7%。值得注意的是，電池的進(jìn)一步進(jìn)行了測試，以討論內(nèi)置電場、磁場和光的相互作用，以及它們對電池性能提高的影響。

本文的磁場、光場輔助鋰氧電池的概念為太陽能的存儲提供了一種有效的策略，并介紹了一種通用的儲能系統(tǒng)方法。

圖文詳情

吉林大學(xué)徐吉靜AM：多場輔助鋰空電池，超低過電位！