顆粒在線訊：鋰-空氣電池具有超高的理論能量密度，被譽(yù)為二次鋰電池的“圣杯”，受到廣泛關(guān)注。目前，鋰-空氣電池在循環(huán)過程中發(fā)生較多副反應(yīng)，導(dǎo)致電池性能迅速衰減，限制了鋰-空氣電池的應(yīng)用。例如，鋰-空氣電池在充放電過程中產(chǎn)生一系列含氧中間體，這些中間體使碳基催化劑被氧化，并致使電解液的分解并持續(xù)攻擊鋰負(fù)極等，使鋰-空氣電池的可逆性受到挑戰(zhàn)。盡管鋰-空氣電池的充放電反應(yīng)需要含氧中間體介導(dǎo)被廣泛認(rèn)可，但中間體的生成路徑以及其誘發(fā)鋰-空氣電池的性能衰退的機(jī)理尚不清晰。

　　中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在鋰-空氣電池界面反應(yīng)機(jī)制方面開展長期研究，并獲得了系列研究結(jié)果。

　　在新型電解質(zhì)方面，通過共晶轉(zhuǎn)變和原位聚合制備了深共晶溶劑型聚合物電解質(zhì)（DES-PE），降低了界面阻抗，有效抑制了含氧中間體等對鋰負(fù)極的攻擊（Energy Storage Mater.）；進(jìn)一步通過置換反應(yīng)和聚合反應(yīng)相結(jié)合的方法在鋰金屬負(fù)極上修飾一層均勻致密的含碘多功能聚合物/合金界面層（IPA），可提供致密有效的保護(hù)層從而減少含氧中間體等對鋰負(fù)極的侵蝕，并可提供有利的氧化還原中間體（RM），降低充電過電位從而減少含氧自由基對催化電極的腐蝕（Adv. Funct. Mater.）。

　　單線態(tài)氧（1O2）誘導(dǎo)的電解液鏈?zhǔn)椒纸夥磻?yīng)，導(dǎo)致電池老化，這是制約高能量密度電池發(fā)展的瓶頸。針對該問題，固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心借鑒自然界中生物體中活性氧清除系統(tǒng)的工作機(jī)制，構(gòu)筑出一種具有單線態(tài)氧清除能力的光穩(wěn)定劑（PS）作為高壓鋰電池的正極粘結(jié)劑添加劑，從而明顯地減少循環(huán)中電解液的分解（J. Am. Chem. Soc.），同時，科研團(tuán)隊還解析了單線態(tài)氧誘導(dǎo)副反應(yīng)的反應(yīng)路徑。

　　鋰-空氣電池的電極反應(yīng)為兩電子反應(yīng)，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為該過程不會發(fā)生O-O鍵斷裂，而單線態(tài)氧的產(chǎn)生通常需要O-O鍵的斷裂重排，因而鋰氧電池中單線態(tài)氧的生成路徑困擾學(xué)術(shù)界。固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心與英國牛津大學(xué)合作，剖析鋰-空氣電池中單線態(tài)氧的形成機(jī)制。通過同位素標(biāo)記結(jié)合在線質(zhì)譜（DEMS）分析，研究團(tuán)隊首次清晰表征出鋰氧電池中O-O斷裂的行為，發(fā)現(xiàn)放電的歧化反應(yīng)過程中發(fā)生O-O鍵斷裂和原子無序排列，而歧化反應(yīng)中的這些O-O鍵斷裂會產(chǎn)生1O2。研究表明，通過調(diào)控歧化路徑，可提高高能量密度鋰空電池的綜合性能。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在Joule上?！　　　　　　　?/p>

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、山東省重點研發(fā)計劃等的支持。

鋰-空氣電池放電過程中單線態(tài)氧的生成路徑示意圖