《Nature》：稳定的超氧化锂带来更强大的电池

虽然锂离子电池的使用已经非常普遍，但科学家们还在寻找更好的电池以期实现更大的容量、更短的充电时间、更安全的操作。锂-空气电池（lithium-air battery，也称锂-氧气电池，lithium-oxygen battery）被视为其中的希望之星，具有更大的能量密度，但也不可避免的还有不少短板，其中最普遍的就是会形成过氧化锂（Li2O2），这是一种固体沉淀物，会堵塞电极上的孔隙结构并降低电池的性能和循环寿命。

美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的科学家Jun Lu、Larry Curtiss、Khalil Amine与来自美国和韩国的科学家合作的一项研究，很有希望解决这一问题。他们的锂-空气电池在放电过程中产生稳定的晶状超氧化锂（LiO2），而不是过氧化锂。与过氧化锂不同，超氧化锂可以很容易地分解成锂和氧，从而具有更高的效率和更长的循环寿命。这项研究发表于《Nature》。（A lithium-oxygen battery based on lithium superoxide. Nature, 2016 DOI:10.1038/nature16484）

从左至右，分别为Khalil Amine、Jun Lu、Larry Curtiss、Zonghai Chen、Kah Chun Lau和Hsien-Hau Wang. 图片来源：Argonne National Laboratory

基于超氧化锂电池的主要优点是——至少在理论上——能够创建一个所谓的“封闭系统”，Curtiss和Amine解释道，“开放系统”需要连续不断地从环境中吸入氧气，而“封闭系统”则并不需要，这也使得这种电池安全性更好且效率更高。

“超氧化物相的稳定有助于在超氧化锂的基础上开发一种新的封闭型电池系统，所提供的能量密度是锂离子电池的五倍，”Amine说。

不过，由于超氧化锂在热力学上并不稳定，容易分解并生成过氧化锂，之前的研究也发现纯的超氧化锂固体并不容易产生。Curtiss等人的解决方案是使用基于石墨烯（reduced graphene oxide, rGO）和铱（Ir）纳米粒子的正极（cathode），实验结果证实，如此以来晶状超氧化锂就可稳定存在。

Curtiss等人将超氧化锂的生长归因于电极上铱原子之间的间距。“看起来就像铱为超氧化物的生长提供了良好的模板，”Curtiss说。

实验结果还表明，这种在锂-空气电池中形成的超氧化锂相当稳定，能够在非常低的充电电位（约3.2伏）下进行重复的充电和放电。

“这一发现真正地为发展一种新型电池开启了大门，”Curtiss说，“虽然仍有许多工作要做，但这种电池的循环寿命正是我们孜孜以求的。”

1. http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature16484.html

2. http://phys.org/news/2016-01-stable-superoxide-door-class-batteries.html