成果简介

尽管锂-氧（Li-O2）电池具有超高的能量密度，然而，Li-O2电池在循环过程中，特别是在高倍率循环过程中，由于氧化还原动力学的迟缓和正极内高过电位下严重的寄生反应，其应用受到严重阻碍。考虑到对Li-O2正极结构的严格要求，迄今为止，所提供的大多数性能都不太令人满意，因为只有一到两个标准可以同时处理。本文，北京大学曹安源教授团队在《Mater Today》期刊发表名为“Compressible, gradient-immersion, regenerable carbon nanotube sponges as high-performance lithium–oxygen battery cathodes”的论文，研究以独立式高度多孔碳纳米管（CNT）海绵为基础，采用集体策略来优化其微观结构、电化学行为，并显著提高其整体性能，特别是循环寿命和倍率性能。

开发了一系列的结构工程方法：(1)放电-产物调控（选择RuO2催化剂）用于抑制极化，(2)控制海绵压缩以均匀分配大电流，(3)梯度电解液浸泡以充分利用多孔空间，(4)水处理用于简单而有效的再生。这4种方法针对Li-O2正极中不同方面的电化学行为，构成了一个互补和综合的策略来克服这一领域的挑战，其性能远远优于以往报道的电极，特别是在高电流密度下的超长循环寿命的电化学稳定性（在0.5 mA cm-2下的1423次循环，持续了大约4个月的连续放电-充电操作）。这种海绵正极可以通过水处理简单地再生，使其延长500次循环，性能几乎恢复。因此，所设计的海绵正极为开发耐用、高能、高功率的金属-空气电池系统提供了一个有前途的候选者，推动了其实际应用。

图文导读

图1。高性能CNT海绵基 Li-O2正极的策略

图2。控制海绵压缩以提高高速循环性能。

图3。梯度电解液浸入可实现大面积容量

图4。阴极再生延长电池寿命

图5。该工作与之前报道的高性能Li-O 2相关正极之间的循环寿命和面积电流密度的总结和比较图。

小结

总而言之，我们通过放电产品定制、受控厚度压缩、梯度电解液浸入和海绵/催化剂再生等一系列策略制造了一种基于CNT海绵的 Li-O 2正极，并取得了前所未有的整体性能。本开发的策略是通用的，适用于更多的3D独立多孔电极和各种新兴的碱金属（Na, K, or alloy)-气体（CO2, AIR) 电池, 开发低成本、高能量/功率和实用的储能系统。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2022.07.005