吉林大学于吉红院士科研团队在固态锂空电池研发方面取得重要进展

通讯员 曲家伟 科技日报记者 杨仑

日前，吉林大学化学学院、无机合成与制备化学国家重点尝试室、未来科学国际合作联合尝试室于吉红院士研究团队在新型固态电解质及固态电池研发方面取得重要进展，该研究成就以“A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery”（基于分子筛电解质高不变柔性固态锂空气电池）为题颁发在《自然》上。

锂空气电池具有超高的理论能量密度，被誉为革命性电池技术。个中，固态锂空气电池较传统的液态锂空气电池具有更高的安详性和不变性。固态电解质是固态电池的关键质料。适用于固态锂空气电池的固态电解质，除满足高离子电导率和良好的界面相容性外，还应满足：对空气身分不变，使电池能够在空气中运行；抗氧化能力强，以抵挡电池运行过程中发生的具有强氧化能力的氧还原中间体的腐化。而常见的无机固态电解质质料，如石榴石、钙钛矿、NASICON和硫化物等由于对环境空气身分或金属锂负极不不变，不能满足固态锂空气电池实际运行的要求。更严重的是，常用固态电解质较高的电子电导率使金属锂易在电解质内部成核和发展，导致电池短路进而引发安详变乱。兼具高不变性和高环境适应性的固态电解质质料的缺乏严重制约了固态锂空气电池的成长和应用。

吉林大学于吉红院士研究团队设计研制了一种基于分子筛薄膜的全新固态电解质质料，该电解质展现出高达2.7×10−4S cm−1的离子电导率、低至1.5×10−10S cm−1的电子电导率、以及对空气身分和锂负极的高度不变性，有效解决了传统固态电解质质料的界面构建困难、内部锂枝晶和不变性差等问题，并通过原位发展计谋设计构建了一体化柔性固态锂空气电池。得益于良好的“电解质-电极”低阻抗接触界面，该电池在实际空气环境中展现出12020 mAh g−1的超高容量和149次的超长循环寿命（500 mA g−1和1000 mAh g−1），远优于基于当前最不变的NASICON型LAGP固态电解质的固态锂空气电池（12次），甚至优于同等条件下使用有机电解液的锂空气电池（102次）。同时，该电池展现出优异的柔性、高的安详性和良好的环境适应性，并兼顾环境友好、本钱低廉、工艺简单的出产需求。

分子筛固态电解质的应用还有望拓展到锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、钠空气电池等固态储能体系，展现出广阔的应用前景。新型分子筛固态电解质的乐成研制，为固态电解质质料和固态储能器件的成长提供了新思路。

图1：a，分子筛基固态锂空气电池一体化设计。b，分子筛固态电解质-碳纳米管正极一体化布局的扫描电镜图和透射电镜图。c，基于有机电解液、商用LAGP和分子筛固态电解质的锂空气电池的循环寿命比拟。d，厚度仅为0.33mm的固态锂空气电池的光学照片。e，固态锂空气电池的柔性。f，固态锂空气电池的安详性和环境适应性。