南開大學“可呼吸”電池研究取得新進展

    南開大學化學學院教授周震帶領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展，相關成果發表于《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。該期刊最新影響因子為10.439。該研究進一步優化了鋰氧氣電池的性能，為這種新型儲能器件的實際應用打下了基礎。

    鋰氧氣電池以金屬鋰作負極，正極為由碳、貴金屬或過渡金屬氧化物等構成的空氣電極，放電時從空氣中獲取氧氣，充電時再放出氧氣，因此被譽為“可呼吸”的電池。鋰氧氣電池具有最高的理論儲電能力，如果用作電動汽車電源可以連續行駛800公里，而使用鋰離子電池的電動汽車僅能夠連續行駛100多公里，而且鋰離子電池的提升理論空間有限。所以目前電動汽車價格高，市場認可度低，需要政府給予一定補貼。現實的需求更加呼喚鋰氧氣電池盡快取得突破。

    周震帶領課題組成員設計出高活性的空氣電極為可充電鋰氧氣電池的實用化打開通道。他們通過簡單易行的溶膠凝膠方法制備了一種同時具有層狀大孔與介孔通道的碳氮多級復合結構材料，作為鋰氧氣電池的空氣電極，表現出了非常高的電化學活性，尤其是循環穩定性得到了明顯改善，可以連續充放電160次以上。空氣電極性能的改善得益于材料獨特的結構，大孔和介孔為電化學反應和氧氣傳輸提供了良好的場所和通道，而材料中存在的大量吡啶結構的氮提供了電催化反應的活性位點。同時，研究人員通過理論計算證實了吡啶氮的催化作用。

    周震介紹，鋰氧氣電池的研究是當今新能源領域的熱點和難點，國內外許多高校和研究機構都致力于此。鋰氧氣電池的應用還有很長的路要走，首先需要扎實的基礎研究來尋求突破。周震課題組在鋰氧氣電池中使用了獨特的空氣電極材料，并引入高性能計算模擬來指導實驗，為鋰氧氣電池催化劑的設計和研發指明了方向。該研究得到了國家自然科學基金委和教育部的資助。<