高能量密度锂离子电池 (Li−O₂)的循环稳定性和安全性严重阻碍了电池的实际应用，其主要原因是阴极氧还原反应和析氧反应动力学较慢，导致锂离子在易燃液体电解液中氧化还原过电位较低和锂金属活性。

近日，北京航空航天大学Shichao Zhang，西北工业大学Tianshuai Wang，清华深圳国际研究生院Guangmin Zhou提出了一种双功能电极、一种安全的凝胶聚合物电解质(GPE)和一种坚固耐用的锂负极来缓解上述问题。

文章要点

1）双功能电极由掺氮碳纳米管(N-CNTs)和Co₄N通过原位化学气相沉积自催化生长在碳布上(N-CNTs@Co₄N@CC)组成。

2）自支撑、无粘结剂的N-CNTs@Co₄N@CC电极具有强大而稳定的三维(3D)互连导电结构，该结构提供了活性中心和电极之间的互连，以促进电子的转移。此外，N-碳纳米管缠绕的Co₄N确保了高效的催化活性。因此，即使在大电流密度(2000 mA g⁻¹)和长循环操作(250个循环)下，电极也表现出更好的电化学性能。

3）研究人员还探索了一种使用3D N-CNTs@Co₄N@CC电极、GPE和坚固的锂负极设计的高度安全和灵活的充电电池。即使在 9800 次循环后，开路电压仍稳定在 ∼3.0 V，这证明了集成 GPE 电池的机械耐用性。这种稳定的电缆型锂空气电池被证明可以稳定驱动发光二极管（LED），突出了实际使用的可靠性。

参考文献

Jun Xia, et al, Self-Catalyzed Growth of Co4N and N‑Doped Carbon Nanotubes toward Bifunctional Cathode for Highly Safe and Flexible Li−Air Batteries, ACS Nano, 2024

DOI: 10.1021/acsnano.4c01271

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c01271