锂-空气电池是一种用金属锂作负极，以空气中的氧气作为正极反应物的电池。理论上比能量是锂离子电池的10倍!
与传统的金属空气电池相比，锂-空气电池具有更小的体积、更轻的重量、更高的工作电压、更高的比能特性，可以在一些需要高比能量，免维护的系统之中获得应用。因而锂- 空气电池在军事、野外、电动汽车、水上等领域都有广阔的应用前景。虽然目前锂- 空气电池仍然处于研发阶段，但被业界人士认为是未来电池的发展方向，有望在2030 年前后成为化学电池的主流方向。

【最新突破】

近日，华中科技大学黄云辉教授和沈越副教授等人，引入了“碎凝胶化”策略来提高Li-O₂电池单位面积容量和循环寿命。传统的具有液体电解质的Li-O₂正极材料与高弹性交联聚合物凝胶化并切成50?200 μm颗粒。凝胶颗粒之间的间隙可以有效地将氧气引入正极的内部，使得Li₂O₂在厚的空气正极内部生长。同时，聚合物链的弹性有助于保持良好的碳和Li₂O₂纳米颗粒之间的接触，进而改善电子传导和循环性。没有任何催化剂的情况下，颗粒凝胶正极能够在 1000 mAh·g_carton^-1的固定容量下，运行170次循环；或者在完全放电充电的11个循环期间，比容量一直保持高于10500 mAh·g_carton^-1（或12.6 mAh·cm^-2）。相比较与锂离子电池的单位面积容量（≈5.5 mA h·g^-1），凝胶颗粒空气正极具有明显的优势。

【论文导读】

图1 凝胶的内部结构示意图

（a）凝胶颗粒内部结构图；

（b）化学的交联的聚氨酯高分子生成反应。

图2 凝胶颗粒的物理化学性能

（a）大块凝胶的数码照片及其优异的弹性；

（b）交联聚氨酯凝胶电解质和常规PVDF-HFP凝胶电解质的应力-应变曲线。（三角形图显示了拉伸应力释放后样品的最终状态）；

（c）不同压缩比下凝胶颗粒堆积体的电子电导率和离子电导率。

图3 凝胶颗粒正极的放电曲线密度

不同电流下，堆积颗粒状凝胶正极和块状凝胶正极的放电曲线。

图4 凝胶颗粒阴极的SEM图及过氧化锂分布有限元模拟图

（a）和（b）粒状凝胶正极不同部位的SEM图像；

（c）有限元模拟Li₂O₂在颗粒凝胶正极中的分布；

（d）和（e）块状凝胶正极不同部位的SEM图像；

（f）有限元模拟Li₂O₂在块状凝胶正极中的分布；。

图5 颗粒凝胶正极的定容循环测试

（a）颗粒凝胶正极的有限容量循环曲线；

（b）颗粒凝胶正极和常规液体电解质阴极电位的有限容量循环测试对比。

图6 颗粒凝胶正极的全放全充循环测试

（a）颗粒凝胶正极的完全放电-充电曲线；

（b）颗粒凝胶正极和传统液体电解质正极的完全放电-充电循环测试对比。

图7 不同空气阴极的平均容量和循环寿命对比图

不同空气正极在全放全充循环测试中的容量和寿命对比：Ru/CNT^[29]，RuO₂纳米片^[30]，Ru/ITO^[31]，纳米孔Au^[32]，纳米TiC^[33]，RuO₂/mBCN^[34]。

图8循环后正极电解液的1H-NMR谱

（a）全谱光谱，表明主要组成部分；

（b）和（c）不同化学位移范围的放大光谱，表明微量的副产物组分。（x轴放大10倍而y轴放大放大1000倍）

图9弹性聚合物链对Li₂O₂-碳接触的改善作用

弹性聚合物链对充放电过程中保持良好Li₂O₂-碳相互接触具有促进作用

文献来源：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518301344
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