我国学者在高能长寿命固态锂-二氧化碳电池方面取得新进展

　　

图 可呼吸二氧化碳的高比能长寿命固态储能电池

　　在国家自然科学基金项目（批准号:61921005、61735008、62104099）等资助下，南京大学徐骏教授、宋虎成副研究员和合作者们报道了一种基于原位内建的等离激元异质结构来实现超低充电电位和长循环寿命固态锂-二氧化碳电池的新策略，制备了一款在高温(90℃至170℃)下安全且稳定的固态锂-二氧化碳电池。研究成果分别以“等离子体增强的太阳能光热催化实现超低充电电位、长循环寿命的固态锂-二氧化碳电池（An ultralow-charge-overpotential and long-cycle-life solid-state Li-CO₂ battery enabled by plasmon-enhanced solar photothermal catalysis）”和“高温下运行的高能长循环固态锂金属电池（A high-energy long-cycling solid-state lithium-metal battery operating at high temperatures）”为题，于2022年6月20日和8月24日分别发表在《纳米能源》(Nano Energy)（论文链接： https://www.sciencedirect.com /science/article/pii/S2211285522005985）和《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上（论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202201866）。

　　相比于传统的基于液态电解质的锂离子电池，全固态金属锂电池具有高比能、安全、宽操作温度及电化学窗口等优势。然而，固态电解质/电极界面具有在低温下低离子传输特性和高温下加剧的界面反应，使得全固态锂金属电池在0℃以下的低温和90℃以上的高温区均难以运行。在前期的研究中，团队提出了太阳能光热电池技术(SPTB)，基于此相继开发了超低温全固态锂-空气电池和超宽温全固态锂-空气电池。

　　针对金属锂与固态电解质(特别是LAGP)之间高温下加剧的界面反应及由此引发的着火等安全问题，科研团队以高温下稳定且具有高锂离子电导率的三元熔融盐作为人工界面层来改善高温下金属锂/固态电解质之间的界面物理接触和化学稳定性，报道了一款在高温(90℃至170℃)下安全且稳定的固态锂-二氧化碳电池。该电池在150℃的高温下，以500 mA g^-1定容500 mAh g^-1可稳定循环980 圈（图）。

　　针对该电池体系中放电产物Li₂CO₃难以分解的关键挑战，科研团队在提出的太阳能光热电池技术的基础上报道了一种基于原位内建的等离激元异质结构来实现超低充电电位和长循环寿命固态锂-二氧化碳电池的新策略。基于此，获得的固态Li-CO₂电池以500 mA g^-1和500 mAh g^-1在＜3.0 V的超低充电电位下可稳定可逆循环。基于此，获得了截至目前报道的充电电位最低的可循环固态锂-二氧化碳电池。