具有超高理論能量密度（3500 Wh kg–1）的鋰氧氣電池被認(rèn)為是下一代儲能裝置的有力候選者。然而，鋰氧氣電池常用的電解液體系，如醚類和砜類電解液，在超氧根等氧還原中間體的存在下會發(fā)生分解，生成副產(chǎn)物鈍化正極。N,N-二甲基乙酰胺（DMA），在抗氧還原中間體的進(jìn)攻下具有獨(dú)特的優(yōu)勢，在超氧根的存在下可以保持穩(wěn)定。然而，由于其與金屬鋰負(fù)極的兼容性差，制約了DMA電解液在鋰氧氣電池中的應(yīng)用。 近日，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的張洪杰研究員和張新波研究員團(tuán)隊(duì)，在高濃度DMA基電解液的基礎(chǔ)上，引入甲基九氟丁醚（M3）作為稀釋劑，構(gòu)筑了局部高濃度電解液用于鋰氧氣電池。M3的引入不僅提高了電解液的綜合性質(zhì)，同時(shí)，基于DMA溶劑和M3稀釋劑之間的分子間相互作用，可以促使更多的Li+與陰離子配位，形成陰離子衍生的SEI提高金屬鋰負(fù)極的穩(wěn)定性，有效提升鋰氧氣電池的電化學(xué)性能。
M3稀釋劑的引入不僅降低了電解液的濃度，同時(shí)提升了電解液的綜合性質(zhì)。在電解液的基本性質(zhì)方面，DMA/M3電解液展現(xiàn)出更低的粘度、更高的離子電導(dǎo)率和耐高壓穩(wěn)定性。針對鋰氧氣電池的特殊運(yùn)行需求，得益于M3分子結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定的?CH3和?F基團(tuán)，M3的加入增強(qiáng)了電解液的氧氣溶解度，同時(shí)兼具耐受氧還原物種進(jìn)攻的能力。電解液綜合性能的提升為鋰氧氣電池的長期運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。 同時(shí)，M3稀釋劑中的強(qiáng)吸電子基（?F）能夠與DMA溶劑分子中的給電子基（?CH3）產(chǎn)生分子間相互作用。實(shí)驗(yàn)表征和理論計(jì)算結(jié)果證明，即使在加入少量M3的情況下，也能促使Li+與更多的TFSI?陰離子配位，進(jìn)而形成陰離子衍生的、富含無機(jī)成分（LiF、Li2O等）的SEI以提升金屬鋰負(fù)極的穩(wěn)定性。 最終，在DMA/M3電解液對氧還原中間體和金屬鋰負(fù)極穩(wěn)定性提高的基礎(chǔ)上，鋰氧氣電池的電化學(xué)性能得以提升?；贒MA/M3電解液的鋰氧氣電池在30 °C和?10 °C下可穩(wěn)定循環(huán)359和120次。 論文信息 Stable Lithium Oxygen Batteries Enabled by Solvent-diluent Interaction in N,N-dimethylacetamide-based Electrolytes Dong-Yue Yang, Jia-Yi Du, Yue Yu, Ying-Qi Fan, Gang Huang, Xin-Bo Zhang, andHong-Jie Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202403432
