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我國科研人員揭示突破鋰氧氣電池容量瓶頸的關(guān)鍵因素

經(jīng)濟參考報發(fā)布時間:2024-11-28 10:48:55  作者:戴威

  記者27日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(diào)控傳輸與成核動力學(xué)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(dǎo)。

  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(shù)。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(nèi)空間利用率不足。其中,相變、傳質(zhì)及法拉第反應(yīng)的復(fù)雜耦合以及對電極內(nèi)部精確表征的技術(shù)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(guān)鍵是建立放電產(chǎn)物過氧化鋰微觀行為和電化學(xué)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(diào)節(jié)初始動力學(xué)狀態(tài)。

  實驗結(jié)果表明,鋰離子濃度影響下的電化學(xué)性能變化趨勢并不符合離子電導(dǎo)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(xué)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(xué)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(guān)鍵在于維持電極深處的物質(zhì)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(shè)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(guān)研究成果日前發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。

  來源:經(jīng)濟參考報記者 戴威




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