記者27日從中國科學技術大學獲悉，該校特任教授談鵬團隊發現，通過改變鋰離子濃度，調控傳輸與成核動力學之間的匹配程度，可以顯著提升鋰氧氣電池的放電容量。該研究為實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，長期以來被認為是未來能源存儲的革命性技術。近年來，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展，但實際容量遠沒有達到理論值，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限制，為揭示正極過程、突破容量瓶頸帶來挑戰。
解決上述問題的關鍵是建立放電產物過氧化鋰微觀行為和電化學性能的聯系。在此次研究工作中，為了排除溶劑、催化劑等因素對過氧化鋰行為的影響，研究人員通過改變鋰離子濃度調節初始動力學狀態。
實驗結果表明，鋰離子濃度影響下的電化學性能變化趨勢并不符合離子電導率趨勢，且過氧化鋰行為也不能完全被先前的成核理論解釋。
通過可視化電極和跨尺度數學模型，研究團隊進一步探究了過氧化鋰分布特性。在0.5摩爾每升電解液中，過氧化鋰顆粒呈現逆氧氣梯度分布，標志著成核與傳輸動力學達到最佳平衡，從而實現最大放電容量。
研究團隊進一步發現，突破鋰氧氣電池容量瓶頸的關鍵在于維持電極深處的物質傳輸，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，并為其他固體產物體系的金屬-氣體電池提供了參考路徑。
相關研究成果日前發表于國際權威學術期刊《自然·通訊》。
來源：經濟參考報記者 戴威
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