陈人杰/陈楠EnSM: 溴化咪唑作为可充电锂氧电池的三功能添加剂

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陈人杰/陈楠EnSM: 溴化咪唑作为可充电锂氧电池的三功能添加剂
高能量密度锂氧（Li-O2）电池需要可溶性催化剂来加速氧还原/析出反应 （ORR/OER）的动力学，并且需要形成SEI的添加剂来保护锂金属负极免受与溶剂、还原氧物种和可溶性催化剂的副反应。
陈人杰/陈楠EnSM: 溴化咪唑作为可充电锂氧电池的三功能添加剂
在此，北京理工大学陈人杰教授、陈楠副研究员等人将三功能添加剂1-甲基, 3-苄基, 1H溴化咪唑（IMPBr）溶解在二甲基亚砜（DMSO）基电解液中以解决ORR和OER动态过程缓慢的问题，并通过抑制O2气氛中枝晶的形成来保护锂负极。
在放电过程中，IMP+与中间产物O2–具有很强的结合能力且可以稳定O2–，有助于驱动溶剂化机制的放电反应生成大的环形Li2O2颗粒。在充电过程中，溴化物中的Br–在正极附近被氧化成Br3–，然后转移到电解液中参与绝缘放电产物Li2O2的化学分解，有效降低了电池充电过电位。同时，电解液中带正电的IMP+通过电引力吸附在Li负极表面参与形成稳定的SEI膜，从而保护Li负极免受DMSO、Br3–和Br2的腐蚀并抑制锂枝晶生长。
陈人杰/陈楠EnSM: 溴化咪唑作为可充电锂氧电池的三功能添加剂
图1. 添加IMPBr的电解液中锂金属负极的形态和界面化学
为了研究IMPBr对Li-O2电池的影响，作者将不同浓度的IMPBr引入到1.0 M LiClO4-DMSO电解液中。EIS测试表明，80 mM IMPBr可以有效降低电解液与电极之间的界面阻抗，促进溶剂相中放电产物的产生和分解。
因此，添加80 mM IMPBr的电池在完全放电至2.2 V后表现出提高的放电容量，达到3154 mAh g-1。该电池在200 mA g-1下可提供多达35次循环，甚至在800 mA g-1下也能提供50次稳定循环。该结果表明IMPBr添加剂在大电流下高度稳定，表现出比相同浓度的LiBr添加剂更好的性能。此外，结合该添加剂，更稳定/高效的正极材料、电解质和改性负极可用于进一步提高Li-O2电池的性能。
陈人杰/陈楠EnSM: 溴化咪唑作为可充电锂氧电池的三功能添加剂
图2. 含IMPBr的Li-O2电池电化学性能

Imidazolium bromide: a tri-functional additive for rechargeable Li-O2 batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.021

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