您现在的位置:兴旺宝>电池网>新闻列表>中国科大开发高可逆锂氧气电池

中国科大开发高可逆锂氧气电池

2026年04月01日 08:31:38 人气: 16977 来源: 中国科学技术大学
  近日,中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系谈鹏教授团队在锂氧气电池取得重要进展。研究团队提出一种功能区域化电极设计策略,解决了锂氧电池中电化学反应与放电产物存储之间的固有矛盾,显著提升了传质特性和电化学性能。相关成果以“Regulating Targeted Reactions via Functionally Regionalized Electrodes toward Lithium–Oxygen Batteries with High Reversibility”为题,发表于能源领域著名期刊《焦耳》(Joule)。
 
  锂氧气电池因理论能量密度极高,被视为下一代高比能储能技术的重要候选体系。然而,该体系仍面临实际放电容量有限、循环稳定性不足等挑战。其核心问题在于,放电过程中生成的低导电性固体过氧化锂(Li2O2)在电极中不断累积,不可避免地导致传输通道和反应界面退化,阻碍氧气、锂离子和电子传输,进而限制电池反应持续进行。因此,如何协调电化学反应与Li2O2存储之间的冲突,是提升电池性能的关键。
 
  针对这一挑战,研究团队提出功能区域化电极设计思路。通过调控锂离子浓度分布,将氧单电子还原和Li2O2存储分别锚定在电极的两个区域;中间体超氧根和氧化还原介质(RM)分别作为放电和充电过程中连接两区域的桥梁,实现电子的持续交换以及Li2O2的定向存储与分解。研究表明,约92.7%的Li2O2定向沉积在专门的存储区,使得电化学反应区能够维持低阻力氧气传输和高反应活性,实现氧气和RM的快速转化。与此同时,产物存储区为Li2O2沉积提供充足的附着位点,抑制其团聚,从而保持与RM较高的反应接触面积。
 
  实验结果表明,基于这一结构设计,即使采用常规碳材料构建电极,电池仍表现出优异性能。在0.1 mA cm-2电流密度下,功能区域化结构的全放电容量达到4.46 mAh cm-2,较传统结构提高约60%;放电过电位低至0.2 V,并可稳定循环368次。结合数学模型与可视化表征,研究团队还进一步揭示了固体产物存储区孔结构对超氧根传输和Li2O2沉积行为的影响规律,为电极结构优化提供了理论依据。
 
  研究团队进一步验证了该设计理念的普适性,构建了另一组不同材料配置的功能区域化电极体系。测试结果表明,新体系同样实现了预期的反应分区功能,并在放电容量和循环稳定性上表现出明显优势。该策略还可与催化剂优化相结合,根据性能需求对反应区与存储区开展独立调控。功能区域化电极设计策略不仅为高性能锂氧气电池提供新的设计空间,也为其他伴随固体产物演化的金属-气体电池体系提供了参考。
 
  谈鹏教授团队长期聚焦锂气体电池中的能质耦合传输问题。团队基于可视化规则电极,观测到Li2O2逆氧浓度生长的分布特征(Nano Lett.2022, 22, 7527-7534);解析了微量水、氧和二氧化碳的协同传输机制,阐明了电池电压不稳定的原因(PNAS2022,120, e2217454120);结合多物理场模型提出质-电耦合传输机理(Adv. Energy Mater.2023, 13, 2302816),进一步建立了锂离子浓度对Li2O2成核动力学、传输动力学的影响规律,提出了基于锂离子浓度调控的性能优化思路(Nat. Commun.2024, 15, 9952)。
 
  工程科学学院热科学和能源工程系张卓君博士后为该论文的第一作者,谈鹏教授为通讯作者。本工作得到国家自然科学基金(52376080、524B2080)的资助。
关键词: 锂氧气电池
全年征稿/资讯合作 qq:1097660699@qq.com
版权与免责声明
1、凡本网注明"来源:兴旺宝"的所有作品,版权均属于兴旺宝,转载请必须注明兴旺宝,https://www.xwboo.com。违反者本网将追究相关法律责任。
2、企业发布的公司新闻、技术文章、资料下载等内容,如涉及侵权、违规遭投诉的,一律由发布企业自行承担责任,本网有权删除内容并追溯责任。
3、本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
4、如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
产品推荐更多+
  • 电子汽车 太阳能喷泉水泵太阳能热水器微循环水泵鱼池景观泵

    电子汽车 太阳能喷泉水泵太阳能热水器微循环水泵鱼池景观泵

    参数规格 序号 类别 规格 1 泵体尺寸及重量 150*100*123mm
    面议
  • DAX-T30

    DAX-T30

    面议
  • DAX-T20

    DAX-T20

    面议
  • 太阳能板

    太阳能板

    面议
  • 太阳能电池
  • 蓄电池废硫酸膜净化回用系统

    蓄电池废硫酸膜净化回用系统

    ——膜集成技术1、铅酸蓄电池生产行业现状目前国内游电池极板生产线的蓄电池生产厂家主要面临三面的环保压力—废气、废水、和固体废物。一般每生产1000个电池会产生63.2kg铅尘。另外,在铅酸蓄电池化成工序中,会产生硫酸雾,废弃的化成液及清洗极片的废水也含有一定浓度的硫酸,涂板工序、化成工序以及电池清洗工序会产生含铅的重金属废水。2、工艺特点设备为全封闭运行,生产环境好;是清洁生产的典型设备。 将分离
    面议
  • 硫酸法钛白粉生产中的酸洗水回用系统

    硫酸法钛白粉生产中的酸洗水回用系统

    我国现阶段生产钛白粉主要采用的是硫酸法。硫酸法钛白粉生产工艺技术成熟,设备简单,对原料的要求也不太严格,但是其“三废”的排放量大,治理费用高。尤其是偏钛酸制备产生的废酸(生产1吨钛白粉产品,产生4~7t废酸)和偏钛酸制备完成后的净化处理;并且传统的水洗工序采用板框洗涤工艺,会产生大量的洗涤白水(生产1吨钛白粉产品,产生20~30t白水),白水中主要含有偏钛酸、硫酸和。
    面议
  • 关于膜法回收废酸碱膜系统几点问题

    关于膜法回收废酸碱膜系统几点问题

    1:纳滤膜是什么材质?耐强酸丶强碱吗?纳滤膜常用的耐酸同时耐碱的是PDMS材质(聚二甲基硅氧烷,一种硅橡胶)的,典型耐受数据(已有案例,不是上限):酸:HCl 37% H2SO4 20% HNO3 5%碱:NaOH 25% KOH 10%没有关于HF的数据,但是厂家技术人员说5%以下没问题另外一种只耐酸不耐碱的,TFM材质(厂家的,未公开,我们也不知
    面议
  • 废锂电池回收设备

    废锂电池回收设备

    本废电池回收处理设备用于处理废旧锂电池的回收处理,本设备是,宜兴市盛东环保设备有限公司设计生产,该设备采用顺流式回转窑处理,同时产生的残渣及循环池污泥可继续进回转窑焚烧处理,我公司的设备尾气排放指标达到或优于国家相关标准
    面议
  • 太阳能发电站