鋰空氣電池陰極關(guān)鍵材料研究取得進(jìn)展

    鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池。

    鋰空氣電池是一種新型的金屬空氣電池，其理論能量密度為5200Wh/kg，高出現(xiàn)有電池體系1到2個(gè)數(shù)量級(jí)，可完全滿足未來電動(dòng)汽車對(duì)電源能量密度的要求(700 Wh/kg)。

    在中科院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、山東省杰青基金和青島市太陽能儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等攻關(guān)項(xiàng)目支持下，中科院青島生物能源與過程研究所仿生能源與儲(chǔ)能系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)在鋰空氣電池陰極關(guān)鍵材料研究中取得系列新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于Chem. Commun., J. Phys. Chem. C, ChemSusChem., Coordin. Chem. Rev.等雜志上，并在電解質(zhì)、電極材料體系和液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面申請(qǐng)多項(xiàng)專利(一項(xiàng)電解質(zhì)體系材料專利(ZL 200910249811.4)已獲授權(quán))。

   針對(duì)目前鋰空氣電池面臨的充放電能量轉(zhuǎn)化效率低、深度放電循環(huán)壽命短等兩個(gè)核心問題，該團(tuán)隊(duì)從氮化物材料出發(fā)，通過材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一系列高效的鋰空氣電池陰極材料(CN 102646839 A; CN 102034985 A)。過渡金屬氮化物(如MoN等)因其外層電子排布與貴金屬Pt相似，對(duì)有機(jī)電解質(zhì)體系界面表現(xiàn)出穩(wěn)定的、良好的催化活性。該團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)效關(guān)系研究，設(shè)計(jì)構(gòu)建了納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的高性能鋰空氣電池陰極，成功地降低了電池的充放電極化，提高了能量轉(zhuǎn)化效率(Chem. Commun., 2011, 47, 11291-11293; ChemSusChem, 2012, 5, 1712-1715)。

    同時(shí)，針對(duì)目前鋰空氣電池循環(huán)壽命短等問題，該團(tuán)隊(duì)通過將Co元素引入氮化物材料，設(shè)計(jì)合成了具有雙效催化性能的Co3Mo3N三元材料，構(gòu)建了基于該材料的介孔納米陰極，大大提高了鋰空氣電池在深度放電時(shí)的循環(huán)壽命(J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 858865)。此外，通過液流電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可大大消除非活性物質(zhì)對(duì)電極界面的污染，并可通過有機(jī)無機(jī)復(fù)合電解質(zhì)體系設(shè)計(jì)，將循環(huán)壽命提高70%(CN 102637890 A)。

    基于上述研究，該團(tuán)隊(duì)在Coordin. Chem. Rev.發(fā)表文章，綜述了氮化物納米材料在能量?jī)?chǔ)存方面，特別是在鋰空高能電池中的應(yīng)用，重點(diǎn)分析了氮化物在鋰空氣電池應(yīng)用中的問題、解決方法和廣闊前景。▇