香港中文卢怡君Nature Mater:高效率长寿命的有机-氧电池

碱金属-氧气电池的两个核心问题：

1. 碱金属-氧气电池由于具有比锂离子电池更高的理论能量密度而倍受研究人员的关注。其中，基于过氧化物的非质子氧气电池具有最高的理论能量密度，但其过电位高（~2.0V）、倍率性能低（<1.0 mA cm-2）、循环性能差（<100 cycles）。

2. 碱金属阳极带来了与安全问题和长期稳定性相关的关键技术问题。循环过程中枝晶的积累可能导致短路并引起火灾甚至电池爆炸。此外，碱金属对有机电解质的高反应性会同时消耗阳极和电解质，降低了循环寿命。

本文亮点

1. 本文描述了一种安全，高效率和长寿命的氧气电池，它利用钾联苯络合物作为阳极，二甲基亚砜介导的钾超氧化合物作为阴极。

2. 所提出的钾联苯配合物 - 氧电池在4.0 mA cm-2的高电流密度下库仑效率超过99.84％，且具有前所未有的循环寿命（3,000次循环）。

3. 通过向苯环中加入给电子甲基进一步降低了联苯的氧化还原电位，与K/K+成功地实现了0.14 V的氧化还原电位，为进一步改善碱金属有机氧电池的电池电压和能量密度指明了方向。

图文解析

图1. 电化学表征和有机-氧电池示意图

图2. O2全电池和对称电池中K金属阳极和BpK阳极之间的性能比较。

图3. BpK-O2电池的倍率性能和循环寿命。

图4. 早期循环阶段BpK-O2电池的库伦效率变化。

图5. 放电产物的表征。

图6. 甲基化对Bp分子的氧化还原电位的影响。