锂空气电池，有时也被称为锂氧电池(Li-O2)，由锂金属阳极、有机电解质和多孔碳阴极组成。在放电过程中，周围空气中的氧气与阴极处的锂发生反应，释放能量。由于其极高的能量密度(3500wh kg-1)，锂氧电池可能会引领能源安全的绿色能源。
然而，由于专门设计的碳阴极缺乏某些特性，这项技术的进步已经停滞不前。即有丰富的活性位点可以进行化学反应，有足够大的空间容纳放电产物的成核和生长，这是实现高能量密度所需要的。
日本东北大学的研究人员及其合作伙伴开发了一种特殊类型的多孔碳片，称为石墨烯介海绵片(GMS-sheet)。该设计发表在《先进能源材料》杂志上，显著提高了锂氧电池的能量密度和循环稳定性，树立了高性能标准。
“比东北大学高级材料研究所(WPI-AIMR)教授Hirotomo Nishihara表示:“碳阴极多孔结构的设计对于实现高性能至关重要，但这也是一个重大挑战。论文的主要作者。“我们创造性地开发了一种埃到毫米的公司独立阴极的可控合成，具有最小堆叠的石墨烯，没有边缘位置。”
为此，Nishihara和他的同事在化学气相沉积(CVD)过程中合理控制了三个合成参数:制球力、Al2O3模板的量和CVD的持续时间。这样做会产生一系列具有不同孔隙率、碳层数量和薄片厚度的gms片材。
“有趣的是，使用gms片阴极的Li-O2电池的特定质量/面积容量可以由这三个合成参数控制，”魏宇说，他是东北大学WPI-AIMR的助理教授，也是论文的共同通讯作者。
“通过优化这些参数，我们很高兴能够实现令人印象深刻的能量存储容量，超过最好的碳阴极的性能，每克超过6300毫安小时，当标准化到gms片的质量和面积时，每平方厘米超过30.0毫安小时。”
Yu补充说:“在来自国家材料科学研究所、御泉大学、北海道大学、大阪大学和3DC公司的合作者的帮助下，我们使用全面的原位技术表征了充放电机制，并解锁了卓越电池性能的关键:gms片的分层多孔结构。”
西原教授和他的团队相信，gms薄片将成为锂氧电池碳阴极的里程碑。Nishihara总结道:“我们将继续推广基于gms片材的锂氧电池的实际应用，我们的研究领域还包括其他金属气体电池，如Na-O2、Li-CO2和Zn-O2电池，这些电池也需要高性能的碳阴极。”
更多信息:魏宇等，高性能锂氧电池的分层多孔和最小堆叠石墨烯阴极，先进能源材料(2023)。DOI: 10.1002 / aenm.202303055期刊信息:Advanced Energy Materials
由东北大学提供
引用:锂氧电池高性能碳阴极的新基准(2023,11月14日)，2023年11月14日检索自https://techxplore.com/news/2023-11-benchmark-high-performance-carbon-cathodes-lithium-oxygen.html本文档
作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司
内容仅供参考之用。
