陕西师大在光辅助锂-氧电池研究中取得重要进展
可充电锂-氧（Li-O2）电池的理论能量密度高、氧正极成本低且绿色环保，被认为是最具发展潜力的新一代锂电池。基于2Li+O2 ↔ Li2O2存储机理，Li2O2在充/放电过程中分解/形成动力学缓慢，导致电池呈现高的充电电位（4-4.5 V）和接近O2/Li2O2理论平衡值（2.96 V）的放电电位。利用双功能光电极作为氧正极构筑光辅助Li-O2电池，是实现降低充电过电位且突破现有理论电位瓶颈的有效策略之一，是促进电池体系高性能光电转换与存储的关键。但是，开发高效双功能光催化剂面临巨大挑战。
近日，陕西师范大学刘宗怀教授和李琪副教授课题组，采用拓扑化学剥离法成功制备了超大尺寸少层硅氧烯纳米片，并将其应用于光辅助Li-O2电池的光电极。剥离所得硅氧烯纳米片横向尺寸可达63 mm，厚度约为~2.05 nm，具有Kautsky型晶体结构。根据半导体特性测试和电极电势能级分布，硅氧烯纳米片的导带和价带能级电势有利于促进Li2O2的形成/分解，可吸收可见光作为Li-O2电池双功能光催化剂。将所制备的硅氧烯纳米片作为光电极，金属锂作为负极，组装光辅助Li-O2电池。该电池呈现出高的放电电压（3.51 V）和超低充电电位（1.90 V），首次电能转换效率高达185%。同时，该光辅助电池还具有优异的倍率性能（1 mA / cm2、能量效率仍可达129%）、超长的循环寿命（100次循环放/充电后效率保持率为92%）和高的可逆比容量（0.75 mA/cm2、1170 mAh/g）。该研究工作丰富了Li-O2电池光催化剂体系，为实现太阳能与电能的高性能转换和存储提供了巨大机遇。
相关研究成果以题为“Ultra-large sized siloxene nanosheets as bifunctional photo-catalyst for Li-O2 battery with superior round-trip efficiency and extra-long durability”发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，博士研究生贾聪颖为第一作者，刘宗怀教授和李琪副教授为共同通讯作者。
来源：陕西师范大学
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