吉林大学最新Nature：一种高度稳定的柔性沸石电解质固态锂空气电池

【引言】

在现有的电池系统中，锂空气电池具有最高的理论能量密度，并有望在下一代储能设备中占据重要地位。然而，关于安全问题、电解质的分解和挥发、锂负极的腐蚀和锂枝晶的形成等几个严重的挑战仍然需要解决。为了规避这些问题，有必要开发一种固态锂空气电池（SSLAB），它包含一种固态电解质作为关键组件。除了高离子导电性、对锂金属负极的优越稳定性和良好的界面相容性外，适用于SSLAB的固态电解质应对空气组分具有高稳定性，使电池能在环境空气中工作，并具有高抗氧化性，防止氧还原中间物的腐蚀。然而，典型的高离子导电性和良好安全性能的无机固态电解质（如石榴石、钙钛矿、钠钙石和硫化物）目前并不适合，因为它们对金属锂或空气不稳定。此外，固态电解质的高电导率导致锂在电解质内成核，在电池内产生短路。另外，低成本大规模生产SSLAB仍然很困难，传统无机固态电解质的非柔性也限制了其应用。到目前为止，为SSLABs设计一种同时实现高环境适应性和出色电化学性能的固态电解质仍然是一个挑战。

【成果简介】

今日，在吉林大学于吉红院士和徐吉静教授（共同通讯作者）团队带领下，提出了一种集成的固态锂空气电池，它包含一个超薄的、高离子导电的锂离子交换沸石X膜（LiXZM）作为无机固态电解质。采用原位组装策略，该电解质与铸锂作为负极，碳纳米管（CNTs）作为正极集成在一起。由于沸石固有的化学稳定性，有效地抑制了电解质因锂或空气的作用而变质。该电池碳纳米管的容量为12020 mAh/g，在电流密度为500 mA/g和容量为1000 mAh/g的情况下，循环寿命为149次。在相同条件下，这种循环寿命比磷酸铝锗锂（12次）和有机电解质（102次）的电池更长。沸石基锂空气电池的电化学性能、柔性和稳定性赋予其实际应用性，可以扩展到其他储能系统，如锂离子电池、钠空气电池和钠离子电池。相关成果以题为“A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery”发表在了Nature。

【图文导读】

图1沸石固态电解质的示意图和特征

图2 C-LiXZM集成电池的结构和可逆性

图3 含C-LiXZM的电池的性能

图4 C-LiXZM的SSLAB的安全性、耐受性和柔性

文献链接：A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery（Nature，2021，DOI:10.1038/s41586-021-03377-7）

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