自2012年以来，TU Graz的材料化学与技术研究所的Stefan Freunberger一直致力于开发具有增强性能和更长使用寿命的新一代电池，并且其生产成本也比现有型号便宜。他认为锂氧电池具有巨大的潜力。2017年，在他的工作过程中，Freunberger揭示了生物体和电池中细胞老化的相似之处。在这两种情况下，高反应性单线态氧都是造成老化过程的原因。这种形式的氧气一直是Freunberger过去几年研究的焦点，是在锂 – 氧电池充电或放电时产生的。这位格拉茨研究人员现已找到减少单线态氧的负面影响的方法，Nature Communications和Angewandte Chemie。
稳定的氧化还原介质是提高能效的关键
在他的自然通讯论文中，Freunberger描述了单线态氧对所谓的氧化还原介质的影响，氧化还原介质可以可逆地还原或氧化。这项工作是与韩国和的研究人员合作进行的。氧化还原介体在氧电池中外部电路和电荷存储材料之间的电子流动中起着至关重要的作用，并且对它们的性能也有相当大的影响。调解员背后的原理是从大自然借来的，他们负责活细胞中的许多不同功能，包括传递神经冲动和产生能量。“直到现在，人们还认为氧化还原介质被超氧化物和过氧化物失活。但我们的实验表明，这是由于单线态氧的作用，”Freunberger说。研究人员使用密度泛函理论计算来证明为什么某些类型的介质对单线态氧的抵抗力比其他类型更强。他们还确定了最可能的攻击途径。这些见解正在推动新的，更稳定的氧化还原介质的开发。“电介质越稳定，电池就越有效，可逆和持久，”Freunberger解释道。
DABCOnium提供有效的单线态氧保护
除了停用氧化还原介质外，单线态氧还会引发寄生反应，从而影响电池寿命和可充电性。因此，Freunberger试图找到一种合适的猝灭剂，将生成的单线态氧转化为空气中发生的无害三重态氧 – 生物学指向正确的方向：“一种叫做超氧化物歧化酶的酶阻止活细胞中单线态氧的形成。取而代之的是，在我的实验中，我使用了DABCOnium–它是有机氮化合物DABCO的盐。“ DABCOnium是一种电解质添加剂，比以前确定的淬火剂更耐氧化，并且与锂金属阳极相容。通过这种方式，Freunberger首次为锂氧电池充电创造了条件，这些电池基本上没有副反应 – 换句话说，没有寄生反应。然而，正如Freunberger去年所展示的那样，单线态氧气也会导致最新一代锂离子电池以及氧气电池出现问题。这意味着淬火剂对前者也很重要。Freunberger在期刊上发表了这种单线态氧气淬灭剂的详细信息Angewandte Chemie。
理想情况：联合介质和淬灭剂
弗伦贝格研究的下一步将涉及合并他的研究结果并开发一类新的调解员。这些应特别能抵抗单线态氧的攻击，并通过执行淬火功能有效地对抗它。这将极大地延长锂 – 氧电池的使用寿命并最大限度地提高能效。
