鋰空氣電池陰極關鍵材料研究取得進展

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個數(shù)量級，可完全滿足未來電動汽車對電源能量密度的要求(700 Wh/kg)。

在中科院、國家自然科學基金委、山東省杰青基金和青島市太陽能儲能技術重點實驗室等攻關項目支持下，中科院青島生物能源與過程研究所仿生能源與儲能系統(tǒng)團隊在鋰空氣電池陰極關鍵材料研究中取得系列新進展，相關研究成果發(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)設計方面申請多項專利(一項電解質(zhì)體系材料專利(ZL 200910249811.4)已獲授權(quán))。

針對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)壽命短等兩個核心問題，該團隊從氮化物材料出發(fā)，通過材料及結(jié)構(gòu)設計，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，對有機電解質(zhì)體系界面表現(xiàn)出穩(wěn)定的、良好的催化活性。該團隊通過構(gòu)效關系研究，設計構(gòu)建了納米復合結(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，針對目前鋰空氣電池循環(huán)壽命短等問題，該團隊通過將Co元素引入氮化物材料，設計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)設計，可大大消除非活性物質(zhì)對電極界面的污染，并可通過有機無機復合電解質(zhì)體系設計，將循環(huán)壽命提高70%(CN 102637890 A)。

基于上述研究，該團隊在Coordin. Chem. Rev.發(fā)表文章，綜述了氮化物納米材料在能量儲存方面，特別是在鋰空高能電池中的應用，重點分析了氮化物在鋰空氣電池應用中的問題、解決方法和廣闊前景。

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