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我院刘宗怀教授、李琪副教授团队在光辅助锂-氧电池研究中取得重要进展
发布时间:2021-03-09     作者:        分享到:

        可充电锂-氧(Li-O2)电池的理论能量密度高、氧正极成本低且绿色环保,被认为是最具发展潜力的新一代锂电池。基于2Li+O2 ↔ Li2O2存储机理,Li2O2在充/放电过程中分解/形成动力学缓慢,导致电池呈现高的充电电位(4-4.5 V)和接近O2/Li2O2理论平衡值(2.96 V)的放电电位。利用双功能光电极作为氧正极构筑光辅助Li-O2电池,是实现降低充电过电位且突破现有理论电位瓶颈的有效策略之一,是促进电池体系高性能光电转换与存储的关键。但是,开发高效双功能光催化剂面临巨大挑战。

        近日,我院刘宗怀教授和李琪副教授课题组,采用拓扑化学剥离法成功制备了超大尺寸少层硅氧烯纳米片,并将其应用于光辅助Li-O2电池的光电极。剥离所得硅氧烯纳米片横向尺寸可达63 mm,厚度约为~2.05 nm,具有Kautsky型晶体结构。根据半导体特性测试和电极电势能级分布,硅氧烯纳米片的导带和价带能级电势有利于促进Li2O2的形成/分解,可吸收可见光作为Li-O2电池双功能光催化剂。将所制备的硅氧烯纳米片作为光电极,金属锂作为负极,组装光辅助Li-O2电池。该电池呈现出高的放电电压(3.51 V)和超低充电电位(1.90 V),首次电能转换效率高达185%。同时,该光辅助电池还具有优异的倍率性能(1 mA / cm2、能量效率仍可达129%)、超长的循环寿命(100次循环放/充电后效率保持率为92%)和高的可逆比容量(0.75 mA/cm2、1170 mAh/g)。该研究工作丰富了Li-O2电池光催化剂体系,为实现太阳能与电能的高性能转换和存储提供了巨大机遇。

        相关研究成果以题为“Ultra-large sized siloxene nanosheets as bifunctional photo-catalyst for Li-O2 battery with superior round-trip efficiency and extra-long durability”发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,我院博士研究生贾聪颖为第一作者,刘宗怀教授和李琪副教授为共同通讯作者。

        论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202101991


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