由于具有超高的理論比能量，Li—O
2電池被認(rèn)為是電動(dòng)汽車的實(shí)用儲(chǔ)能裝置。而該研究的主要挑戰(zhàn)是由電解質(zhì)和陰極的降解以及消耗電池壽命的鋰枝晶的形成引起的電極/電解質(zhì)的界面不穩(wěn)定性。同時(shí)，高溫會(huì)加速界面反應(yīng)，導(dǎo)致電池快速死亡。在此，我們提出了一種基于金屬有機(jī)框架(MOF)和離子液體(IL)的多功能準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，以在高溫下同時(shí)穩(wěn)定鋰離子電池的陰極并保護(hù)鋰陽(yáng)極。電解質(zhì)具有可忽略的揮發(fā)性和與電極的良好潤(rùn)濕性，并且IL和MOF的協(xié)同效應(yīng)通過(guò)形成均勻的Li
+通量抑制了鋰枝晶生長(zhǎng)。使用這種電解液的Li—O2電池表現(xiàn)出高放電容量和良好的循環(huán)壽命(> 1100 h)，在60°C下具有低過(guò)電位。此外，由于電解液的優(yōu)異熱穩(wěn)定性，Li—O
2電池在80°C的較高溫度下表現(xiàn)出改進(jìn)的電化學(xué)性能。這些結(jié)果表明，準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)可以成為L(zhǎng)i—O
2電池商業(yè)化的潛在策略。
圖 1. (a) 準(zhǔn)固態(tài) LiIL-MOF 電解質(zhì)的制備過(guò)程示意圖。 (b) 制備的 LiIL- MOF 電解質(zhì)的照片。 (c) 所制備的 LiIL-MOF 電解質(zhì)光催化劑的 EDS 映射。 (d) LiIL-MOF 電解質(zhì)的 SEM 圖像。 (e) LiIL-MOF 電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的 Arrhenius 圖。 (f) LiIL-MOF 的 LSV，掃描速率為 1 mV s
-1。 (g) 在氬氣流下 LiIL-MOF 的 TGA 曲線。
圖 2. (a) 準(zhǔn)固態(tài) Li-O
2 電池結(jié)構(gòu)示意圖。以LE和LiIL-MOF作為電解質(zhì)的Li-O2電池的第一次放電-充電曲線，電流為 (b) 100 mA g
-1 和 (c) 200 mA g
-1，60 °C 時(shí)容量為 500 mAh g
-1。(d) Li-O
2電池與 LiIL-MOF在 100 mA g
-1 電流下的循環(huán)性能，在 60 °C 下容量為 500 mAh g
-1。 (e) LiIL-MOF和LE電池的電壓-容量曲線的第1次。 (f) 第50次和 (g) 第150次循環(huán)。
圖 3. (a) 使用LiIL-MOF的Li-O
2電池在100 mA g
-1 電流下的循環(huán)性能，在80 °C下容量為 500 mAh g
-1。 (b) 具有 LE 和 LiIL-MOF的 Li-O
2 電池的深度放電曲線。 (c) 100 次循環(huán)后 LiIL-MOF 電解質(zhì)的 SEM 圖像。 (d) LiIL-MOF電解質(zhì)在 100 次循環(huán)前后的 XRD 圖譜。 LiIL-MOF 電解質(zhì)（e）在 100 次循環(huán)之前和（f）之后的 XPS 圖。
圖 4. 鋰金屬負(fù)極在 60 ℃ 下循環(huán) 100 次后的 SEM 圖像：(a) 橫截面圖和 (b) 俯視圖。 (c) LiIL-MOF 在 Li-O
2 電池中保護(hù)鋰金屬的機(jī)理說(shuō)明。
相關(guān)研究成果由北京理工大學(xué)Nan Chen和Renjie Chen等人2022年發(fā)表在ACS Applied Energy Materials (https://doi.org/10.1021/acsaem.2c00735)上。原文：Enhancing the Long Cycle Performance of Li–O2 Batteries at High Temperatures Using Metal–Organic Framework-Based Electrolytes。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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