鋰-空氣電池具有超高的理論能量密度，是一種極具發(fā)展潛力的儲能技術(shù)。近十年來(lái)，通過(guò)開(kāi)發(fā)各種高效催化劑、電極結構和穩定電解質(zhì)，鋰-空氣電池性能得到顯著(zhù)的提升。然而，該電池系統在倍率性能、能量效率以及循環(huán)壽命等方面依然存在較大提升空間。為推動(dòng)該技術(shù)發(fā)展，從本質(zhì)上揭示并強化其中的電子、離子、分子等多物種耦合傳輸及能量轉化特性至關(guān)重要。
近日，我校工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系特任教授談鵬團隊和哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱星寶教授在國際著(zhù)名期刊《Electrochemical Energy Reviews》發(fā)表了題為《Addressing Transport Issues in Non Aqueous Li–air Batteries》的綜述論文。該工作系統地分析了非水系鋰-空氣電池中多物種輸運所面臨的挑戰，總結了空氣組分、鋰離子和中間態(tài)物質(zhì)等的傳輸過(guò)程，闡明了固體放電產(chǎn)物形貌、分布與電化學(xué)性能的內在關(guān)聯(lián)，并探討了氧化還原介質(zhì)應用和四電子轉移可行性。在此基礎上，提出了強化物質(zhì)傳輸、加快反應速率和實(shí)現電池穩定運行的策略，為開(kāi)發(fā)高性能鋰-空氣電池提供了可靠的思路。
圖1 非水系鋰-空氣電池中多物種輸運過(guò)程示意圖
圖2 非水系鋰-空氣電池的關(guān)鍵傳質(zhì)問(wèn)題與解決策略
談鵬課題組近些年圍繞鋰-空氣電池多孔電極內物種輸運與能量轉化機制開(kāi)展了實(shí)驗和理論研究，并取得系列進(jìn)展：開(kāi)展空氣中多組分協(xié)同傳輸下電池工作電壓調控規律和反應機制研究（PNAS, 2022,120,e2217454120），該成果在A(yíng)ltmetric評分的所有研究中排名Top 5%；闡明充放電過(guò)程中物質(zhì)傳輸速率和產(chǎn)物沉積行為對電池能量效率的限制作用（ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 9742–9750）；通過(guò)設計一種高度有序的空氣電極，揭示鋰-空氣電池的失效機制（Nano Lett.,2022, 22, 7527-7534），成果報道于美國促進(jìn)協(xié)會(huì )（AAAS）主辦的全球科技新聞服務(wù)平臺（EurekAlert），在A(yíng)ltmetric評分的所有研究中排名Top 5%；構建了從多孔電極到全電池尺度數學(xué)模型，解釋了放電過(guò)程中出現多段電壓平臺的現象（Electrochim. Acta, 2022, 421, 140510），并設計了一種基于強化傳輸理念的高能量密度鋰-空氣電池新結構（Appl. Energy, 2022, 328, 120186）。
以上系列研究受到國內外同行的廣泛認可，并多次報道于國內外新聞媒體，相關(guān)研究對于推動(dòng)鋰-空氣電池技術(shù)應用具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。
工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系特任教授談鵬為該論文的通訊作者，博士研究生張卓君為該論文的第一作者。鋰-空氣電池系列研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家創(chuàng )新人才計劃青年項目、中科院人才項目和唐仲英基金會(huì )仲英青年學(xué)者項目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s41918-022-00157-3
（工程科學(xué)學(xué)院、科研部）
