image: （a）与传统钾离子电池正极材料之间的能量密度对比。（b）KO2和RuO2@rGO金属催化导电框架之间的复合电极结构。（c）首圈充放电曲线。（d）长循环性能。 view more
Credit: @Science China Press
自从氧元素有关的阴离子氧化还原活性被引入到二次电池相关的体系中来，科学家和研究者们就一直希望能够充分利用氧元素可逆的氧化还原活性来给二次电池体系提供高容量。但是，氧元素有关的阴离子氧化还原活性一旦被激发，却很难实现可逆的转化和利用。如何抑制不可逆的氧行为，成为金属-空气电池、富锂/钠层状氧化物正极等经典电池体系亟待解决的难题。
同时，为了抛弃传统金属-空气电池体系所需要背负的额外设备（钢瓶，净化器等等累赘附件）的负重，将氧元素有关的阴离子氧化还原活性限制在封闭电池体系逐渐成为更加实用化的研究热点。这就需要将电池内部的氧化还原反应控制在固相反应之间，坚决避免和杜绝氧元素以气体的模式释放。
最近，南京大学以及日本产业技术综合研究所的研究团队（乔羽博士，以及周豪慎教授）在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表研究论文，通过针对性的引入催化导电电极骨架，成功实现了超氧-过氧化物之间可逆转化，并加以利用后报道了基于氧元素有关阴离子氧化还原活性的大容量封闭钾金属二次电池。
研究表明：利用阴离子氧化还原活性，并基于过氧化物（KO2）和超氧化物（K2O2）之间转化的电极反应，能够提供比传统钾离子电池正极材料更高的容量和能量密度（见下图）。
该研究成果成功实现了大容量、高比能钾离子/金属二次电池体系的可逆长循环，成功的证明了基于过氧/超氧化物之间可逆转化的氧元素有关阴离子氧化还原活性可以被有效的控制和利用在二次电池储能体系当中。该工作为人们进一步研究氧元素有关阴离子氧化还原活性在二次电池体系当中的有效、可逆利用提供了有力的支撑。此项工作得到国家自然科学基金支持。
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文章信息：
A high-capacity cathode for rechargeable K-metal battery based on reversible superoxide-peroxide conversion
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa287
Journal
National Science Review