单线态氧实现锂-氧气电池长循环稳定

近日，记者从海南大学获悉，该校材料科学与工程学院蒋卓良副教授联合南开大学李福军教授团队，在锂-氧气电池领域研究取得新进展。团队提出单线态氧“捕获-还原”新策略，成功构建蒽基共价有机框架催化剂，为破解单线态氧引发的副反应难题、实现电池长循环稳定提供了新思路。相关成果发表在《美国国家科学院院刊》上。 在电化学领域，应对单线态氧的传统策略中存在关键瓶颈，化学捕获剂会被不可逆消耗、淬灭剂受系间窜越机制自旋禁阻的限制等问题仍难以解决，锂-氧气电池长循环稳定性依然受到制约。 针对这一难题，团队从概念到材料构建了蒽基共价有机框架催化剂。在概念层面，团队提出活性氧调控可再生新范式，借助单线态氧还原反应对单线态氧进行同步捕获与电化学还原，突破添加剂传统"化学清除"与"自旋禁阻淬灭"的局限；在材料层面，将具有选择性单线态氧亲和力的蒽结构单元引入共价有机框架，该框架呈二维六方、ABC堆叠结构，在单一框架内可以实现单线态氧的捕获、限域与电化学转化。 在与二氧化钌催化剂协同的体系中，该策略使电池内单线态氧产率显著降低，循环稳定性大幅提升，单线态氧相关寄生反应得到有效抑制。鉴于该框架与多种电解液、电极化学体系高度兼容，这一策略还可拓展至金属-空气电池、金属-二氧化碳电池等氧相关电化学体系，为未来氧电化学体系发展提供了新思路。