三明治结构石墨烯/Au颗粒/Au膜实现Li2O2可控生长及高性能锂氧电池
以有机系为例，锂空电池(或锂氧电池)的理论能量密度超过3000 Wh/kg（基于Li2O2），实际可得能量密度超过500 Wh/kg（基于电池）。与此相对，锂离子电池的能量密度目前低于200 Wh/kg。因此，将锂空电池代替锂离子电池可显著增加电动汽车的续航里程。尽管如此，锂空电池目前面临巨大挑战。不同于锂离子电池的穿梭机理,锂空电池的工作基于Li2O2的沉积和分解。Li2O2的电子和离子导电率均极低，不溶于一般的有机电解质中，并且Li2O2（或其中间体LiO2）反应活性高，会和聚合物粘结剂及导电碳发生副反应，导致锂空电池的循环性能、倍率性能及能量效率不理想。如何通过优化催化电极的成分和结构，以改善锂空电池的性能，是目前锂空电池研究的热点和难点之一。
浙江大学材料学院赵新兵教授、谢健副教授课题组通过对催化电极的成分和结构的优化设计，来控制Li2O2的生长行为，从而实现了电池的长循环寿命。该课题组首选在泡沫镍基体上用CVD法生长三维石墨烯，再在冰浴条件下在三维石墨烯表面同时生长了Au薄膜和Au纳米颗粒，得到了石墨烯/Au纳米颗粒/Au纳米薄膜的三明治结构。该电极设计在避免使用粘结剂的同时，保证了电极具有稳定的结构。研究表明，Li2O2仅生长于Au纳米颗粒表明（见附图），该生长行为有效降低或延缓了电极的钝化，并减少了副反应的发生，实现了锂氧电池的长循环寿命。相关结果在线发表在Advance Science(DOI: 10.1002/advs.201500339, 2016, 1500339)上。
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