近日，物理學(xué)院、中原之光實(shí)驗(yàn)室李新亮教授團(tuán)隊(duì)在高性能有機(jī)鋰鹵素電池研究方面取得重要進(jìn)展。研究成果以“Constructing static two-electron lithium-bromide battery”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Science Advances》上。李新亮為該論文第一作者，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為論文第一單位。

應(yīng)用電子技術(shù)的飛速發(fā)展引發(fā)了人們對(duì)可充電鋰電池能量密度的關(guān)注。當(dāng)前的研究結(jié)果表明，電壓和容量這兩個(gè)關(guān)鍵因素似乎處于無(wú)法統(tǒng)一的對(duì)立面，因此，增加插層型電池的容量和提高轉(zhuǎn)化型電池的電壓是實(shí)現(xiàn)更高能量密度的可行選擇。矛盾的是，實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和理論預(yù)測(cè)都表明，目前商業(yè)化的基于插層型電極的鋰離子電池可容納Li+的數(shù)量有限，靜態(tài)鋰-溴電池具有作為轉(zhuǎn)化型儲(chǔ)能技術(shù)的潛力，但固有的液-液氧化還原模式和單電子轉(zhuǎn)移阻礙了研究的進(jìn)展。

針對(duì)上述問(wèn)題，李新亮團(tuán)隊(duì)通過(guò)電解液定制，開發(fā)了一種基于活性溴鹽陰極和Br^-/Br⁺氧化還原對(duì)雙電子轉(zhuǎn)移化學(xué)的高性能靜態(tài)鋰-溴電池。NO₃^-的引入改善了Br^-的單電子可逆轉(zhuǎn)化，更重要的是，配位的Cl^-激發(fā)了Br⁺的轉(zhuǎn)換，提供了額外的電子轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)了653 mAh g^-1的容量和3.8 V的平臺(tái)電壓。與單電子反應(yīng)基準(zhǔn)相比，放電容量和能量密度分別提高了142%和159%。這種兩步轉(zhuǎn)換機(jī)制表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性，電池可循環(huán)使用1000次，這些性能已接近目前成熟的鋰-鹵素電池的技術(shù)水平。該工作所建立的雙電子氧化還原機(jī)制對(duì)多樣化鹵素電池具有很高的示范意義。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、鄭州大學(xué)高層次人才啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adl0587