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高能量密度鋰離子電池 (Li?O₂)的循環穩定性和安全性嚴重阻礙了電池的實際應用，其主要原因是陰極氧還原反應和析氧反應動力學較慢，導致鋰離子在易燃液體電解液中氧化還原過電位較低和鋰金屬活性。

近日，北京航空航天大學Shichao Zhang，西北工業大學Tianshuai Wang，清華深圳國際研究生院Guangmin Zhou提出了一種雙功能電極、一種安全的凝膠聚合物電解質(GPE)和一種堅固耐用的鋰負極來緩解上述問題。

文章要點

1）雙功能電極由摻氮碳納米管(N-CNTs)和Co₄N通過原位化學氣相沉積自催化生長在碳布上(N-CNTs@Co₄N@CC)組成。

2）自支撐、無粘結劑的N-CNTs@Co₄N@CC電極具有強大而穩定的三維(3D)互連導電結構，該結構提供了活性中心和電極之間的互連，以促進電子的轉移。此外，N-碳納米管纏繞的Co₄N確保了高效的催化活性。因此，即使在大電流密度(2000 mA g^?1)和長循環操作(250個循環)下，電極也表現出更好的電化學性能。

3）研究人員還探索了一種使用3D N-CNTs@Co₄N@CC電極、GPE和堅固的鋰負極設計的高度安全和靈活的充電電池。即使在 9800 次循環后，開路電壓仍穩定在 ～3.0 V，這證明了集成 GPE 電池的機械耐用性。這種穩定的電纜型鋰空氣電池被證明可以穩定驅動發光二極管（LED），突出了實際使用的可靠性。

參考文獻

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