材料学院刘向峰教授课题组在锂-空气电池领域获得重要突破

国科大先进能源与功能材料实验室    供稿)

图1. 基于非晶态超氧化锂的锂-空气电池.
图2 国科大先进能源与功能材料实验室.
 

锂-空气电池因具有超高比能量、环境友好等优点成为极具潜力的新型二次电池体系。传统的电化学反应是基于过氧化锂的形成与分解,而过氧化锂导锂/导电性都非常差,其氧还原/氧析出反应(ORR/OER)动力学极其缓慢,由此导致过电位高、能量效率低、循环寿命短、倍率性能差及副反应严重等问题,制约了锂-空气电池的发展。

国科大材料学院刘向峰教授带领的先进能源与功能材料实验室团队针对锂-空气电池存在的问题,另辟新径,提出了“构建基于非晶态超氧化锂的锂-空气二次电池”新思路。通过催化剂设计、比容量调控等手段成功实现了非晶态超氧化锂基锂-空气电池的高效可逆循环,并借助原位拉曼光谱、线性扫描伏安法、紫外光谱、X射线衍射、电子衍射等多种手段证实了其电化学反应机理,成果发表于国际著名杂志Nano Energy(IF:12.343;Nano Energy 2017,41, 535–542),并申请国家发明专利。构建的非晶态超氧化锂基锂-空气二次电池不仅具有超低过电位(仅为0.3V左右,远远低于常见的1.5V)、长循环稳定性和高倍率特性等优点,而且无副反应发生。该项研究不仅为解决目前锂-空气电池存在的诸多问题找到了一条新途径,也为锂-空气电池研究开辟了一个新思路,具有重要的科学价值和实际意义。该研究得到了中科院百人计划、国家重大研究计划、国家自然科学基金、中科院重大仪器研制等项目的资助。

国科大先进能源与功能材料实验室团队致力于锂离子电池、钠离子电池及锂-空气电池等新能源材料以及纳米生物医用材料方面的研究。实验室自成立近五年来,已经发表SCI论文60余篇,申请国家发明专利16项(其中5项已经获得授权),承担了中科院百人计划、国家重大研究计划、国家自然科学基金、中科院重大仪器研制项目等多项课题。