|
新華社合肥11月27日電（記者戴威）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，通過(guò)改變鋰離子濃度，調控傳輸與成核動(dòng)力學(xué)之間的匹配程度，可以顯著(zhù)提升鋰氧氣電池的放電容量。該研究為實(shí)現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(cháng)期以來(lái)被認為是未來(lái)能源存儲的革命性技術(shù)。近年來(lái)，研究人員在鋰氧氣電池的高倍率性能和穩定性方面取得了諸多進(jìn)展，但實(shí)際容量遠沒(méi)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(zhì)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(shù)限制，為揭示正極過(guò)程、突破容量瓶頸帶來(lái)挑戰。 解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵是建立放電產(chǎn)物過(guò)氧化鋰微觀(guān)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(guò)氧化鋰行為的影響，研究人員通過(guò)改變鋰離子濃度調節初始動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。 實(shí)驗結果表明，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率趨勢，且過(guò)氧化鋰行為也不能完全被先前的成核理論解釋。 通過(guò)可視化電極和跨尺度數學(xué)模型，研究團隊進(jìn)一步探究了過(guò)氧化鋰分布特性。在0.5摩爾每升電解液中，過(guò)氧化鋰顆粒呈現逆氧氣梯度分布，標志著(zhù)成核與傳輸動(dòng)力學(xué)達到最佳平衡，從而實(shí)現最大放電容量。 研究團隊進(jìn)一步發(fā)現，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)表于國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。 |
