南開大學(xué)“可呼吸”電池研究取得新進(jìn)展

    南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授周震帶領(lǐng)課題組在可充電鋰氧氣電池空氣電極研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。該期刊最新影響因子為10.439。該研究進(jìn)一步優(yōu)化了鋰氧氣電池的性能，為這種新型儲(chǔ)能器件的實(shí)際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

    鋰氧氣電池以金屬鋰作負(fù)極，正極為由碳、貴金屬或過(guò)渡金屬氧化物等構(gòu)成的空氣電極，放電時(shí)從空氣中獲取氧氣，充電時(shí)再放出氧氣，因此被譽(yù)為“可呼吸”的電池。鋰氧氣電池具有最高的理論儲(chǔ)電能力，如果用作電動(dòng)汽車電源可以連續(xù)行駛800公里，而使用鋰離子電池的電動(dòng)汽車僅能夠連續(xù)行駛100多公里，而且鋰離子電池的提升理論空間有限。所以目前電動(dòng)汽車價(jià)格高，市場(chǎng)認(rèn)可度低，需要政府給予一定補(bǔ)貼。現(xiàn)實(shí)的需求更加呼喚鋰氧氣電池盡快取得突破。

    周震帶領(lǐng)課題組成員設(shè)計(jì)出高活性的空氣電極為可充電鋰氧氣電池的實(shí)用化打開通道。他們通過(guò)簡(jiǎn)單易行的溶膠凝膠方法制備了一種同時(shí)具有層狀大孔與介孔通道的碳氮多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，作為鋰氧氣電池的空氣電極，表現(xiàn)出了非常高的電化學(xué)活性，尤其是循環(huán)穩(wěn)定性得到了明顯改善，可以連續(xù)充放電160次以上。空氣電極性能的改善得益于材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，大孔和介孔為電化學(xué)反應(yīng)和氧氣傳輸提供了良好的場(chǎng)所和通道，而材料中存在的大量吡啶結(jié)構(gòu)的氮提供了電催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)。同時(shí)，研究人員通過(guò)理論計(jì)算證實(shí)了吡啶氮的催化作用。

    周震介紹，鋰氧氣電池的研究是當(dāng)今新能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外許多高校和研究機(jī)構(gòu)都致力于此。鋰氧氣電池的應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，首先需要扎實(shí)的基礎(chǔ)研究來(lái)尋求突破。周震課題組在鋰氧氣電池中使用了獨(dú)特的空氣電極材料，并引入高性能計(jì)算模擬來(lái)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，為鋰氧氣電池催化劑的設(shè)計(jì)和研發(fā)指明了方向。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和教育部的資助。<