超氧-过氧化物之间的可逆转化

近日，南京大学及日本产业技术综合研究所周豪慎教授团队在《国家科学评论》（National Science Review,NSR）发表研究论文，他们成功实现了超氧-过氧化物之间的可逆转化，将其应用于钾金属二次电池的正极，并在此基础上制备了大容量、封闭式、长循环的钾金属二次电池。

钾金属二次电池受到其正极容量的限制。向体系中引入氧元素相关的阴离子氧化还原活性，是提高其容量的可能方法。但是，该方法还面临一些应用挑战：首先，氧元素相关的阴离子氧化还原活性常常是不可逆的；其次，反应体系会产生氧气，于是必须使用钢瓶、净化器等额外附件，而无法构建出全固相反应的封闭式电池。

在这项工作中，研究者针对性地引入催化导电电极骨架，从而成功实现了超氧-过氧化物之间的可逆转化，并将其应用于电池正极，制备了基于氧元素相关阴离子氧化还原活性的大容量、封闭式钾金属二次电池。

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）。

基于过氧化物（KO2）和超氧化物（K2O2）之间转化的电极反应。（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。

该研究成功实现了大容量、高比能钾离子/金属二次电池体系的可逆长循环，证明基于过氧/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控制，并应用于二次电池储能体系，为进一步研究提供了有力支撑。此项工作得到了国家自然科学基金的支持。

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