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锂空气电池电极材料研究获突破性进展
发布时间:2022-02-01 02:30
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本文摘要:锂空气二次电池因具备超高的理论比能量而沦为国际上的研究与研发热点,然而由于其负极简单的气-液-固并存的三相结构,及其在循环稳定性、能量效率等方面所不存在的问题,其实际应用于依然面对相当大的挑战,研发高效的空气电极催化剂等材料十分急迫。近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员温兆银率领的团队在锂空气电池电极材料的设计和机理研究方面获得新进展。

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锂空气二次电池因具备超高的理论比能量而沦为国际上的研究与研发热点,然而由于其负极简单的气-液-固并存的三相结构,及其在循环稳定性、能量效率等方面所不存在的问题,其实际应用于依然面对相当大的挑战,研发高效的空气电极催化剂等材料十分急迫。近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员温兆银率领的团队在锂空气电池电极材料的设计和机理研究方面获得新进展。他们针对金属硫化物的催化剂惰性,以材料晶体结构标记为手段,顺利制取了具备高度晶格畸变的亚稳态金属硫化物负极材料,具备潜在的应用于价值,涉及研究成果于近期公开发表于《纳米快报》。

同时,他们还顺利说明了了锂空气电池中间静电产物在氧空位位点的自催化剂分解成反应,静电产物自催化剂分解成现象的找到也可以为未来高效负极的设计获取新的思路和解决方案,该项成果于近期公开发表《纳米能源》。温兆银团队在前期顺利制备定向结构三维二硫化钼材料的基础上,使用低温液相法顺利地设计了层内二硫化钼/二硒简化钼异质结构,通过与美国伊利诺伊斯大学合作展开的球差校正扫瞄透射电镜分析证明了该层状材料层间和层内高度的晶格畸变,且沿完全相同晶面呈现出间距点状的特性。这种高度畸变的亚大位结构需要明显提高材料的催化活性。

原位透射电镜说明了了锂离子在材料结构中的较慢来回和传输。此种高活性的催化剂首次顺利地构建了金属硫化物在锂空气电池中的平稳深度循环,具备潜在的应用于价值。

同时,经过两年的希望,该团队还在涉及催化机理上取得了突破。他们在顺利制取超薄三氧化钼纳米片的基础上引进氧空位缺失,在电池的测试过程中,这种富氧空位负极材料呈现出独有的四个独立国家阶段的特征。

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针对这四个典型的过程展开深入分析找到,在放电过程中,这些氧空位的活性位点可以构成局部的高浓度活性氧挤满点,与锂离子再次发生反应构成平稳的超强氧化锂类似物(Li2-xO2),当氧空位渐渐饱和状态后,在Li2-xO2表面渐渐构成平稳的Li2O2静电产物。电池接续阶段,Li2-xO2与氧缺失位点可以作为Li2O2分解成的高效催化剂,构建3.5V的较低电池电压,而超强氧化锂需要在~3.5V的电压平台较慢分解成,有效地减少了电池的电池过电势。该项成果不仅说明了氧空位缺失在Li-O2电池充放电过程中的催化机理,同时静电产物自催化剂分解成现象的找到可以为未来高效负极的设计获取新的思路和解决方案。

涉及研究工作获得了国家自然科学基金重点项目和上海市科委等项目的资助和反对。


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