我國科研人員揭示突破鋰氧氣電池容量瓶頸的關鍵因素
2024年11月29日 10:41 2431次瀏覽 來源： 經(jīng)濟日報 分類： 稀有稀土 作者： 戴威
記者27日從中國科學技術大學獲悉，該校特任教授談鵬團隊發(fā)現(xiàn)，通過改變鋰離子濃度，調控傳輸與成核動力學之間的匹配程度，可以顯著提升鋰氧氣電池的放電容量。該研究為實現(xiàn)高能量密度鋰空氣電池提供了理論指導。
鋰氧氣電池因其超高的理論能量密度，長期以來被認為是未來能源存儲的革命性技術。近年來，研究人員在鋰氧氣電池的高倍率性能和穩(wěn)定性方面取得了諸多進展，但實際容量遠沒有達到理論值，主要原因在于多孔正極內空間利用率不足。其中，相變、傳質及法拉第反應的復雜耦合以及對電極內部精確表征的技術限制，為揭示正極過程、突破容量瓶頸帶來挑戰(zhàn)。
解決上述問題的關鍵是建立放電產(chǎn)物過氧化鋰微觀行為和電化學性能的聯(lián)系。在此次研究工作中，為了排除溶劑、催化劑等因素對過氧化鋰行為的影響，研究人員通過改變鋰離子濃度調節(jié)初始動力學狀態(tài)。
實驗結果表明，鋰離子濃度影響下的電化學性能變化趨勢并不符合離子電導率趨勢，且過氧化鋰行為也不能完全被先前的成核理論解釋。
通過可視化電極和跨尺度數(shù)學模型，研究團隊進一步探究了過氧化鋰分布特性。在0.5摩爾每升電解液中，過氧化鋰顆粒呈現(xiàn)逆氧氣梯度分布，標志著成核與傳輸動力學達到最佳平衡，從而實現(xiàn)最大放電容量。
研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，突破鋰氧氣電池容量瓶頸的關鍵在于維持電極深處的物質傳輸，而非僅取決于加速氧氣傳輸。
研究人員介紹，此次研究深化了對電極設計準則的理解，并為其他固體產(chǎn)物體系的金屬-氣體電池提供了參考路徑。
相關研究成果日前發(fā)表于國際權威學術期刊《自然·通訊》。
責任編輯：任飛
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