中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在鋰-空氣電池界面反應(yīng)機(jī)制方面開展長期研究，并獲得了系列研究結(jié)果。
在新型電解質(zhì)方面，通過共晶轉(zhuǎn)變和原位聚合制備了深共晶溶劑型聚合物電解質(zhì)(DES-PE)，降低了界面阻抗，有效抑制了含氧中間體等對鋰負(fù)極的攻擊(Energy Storage Mater.);進(jìn)一步通過置換反應(yīng)和聚合反應(yīng)相結(jié)合的方法在鋰金屬負(fù)極上修飾一層均勻致密的含碘多功能聚合物/合金界面層(IPA)，可提供致密有效的保護(hù)層從而減少含氧中間體等對鋰負(fù)極的侵蝕，并可提供有利的氧化還原中間體(RM)，降低充電過電位從而減少含氧自由基對催化電極的腐蝕(Adv. Funct. Mater.)。
單線態(tài)氧(1O2)誘導(dǎo)的電解液鏈?zhǔn)椒纸夥磻?yīng)，導(dǎo)致電池老化，這是制約高能量密度電池發(fā)展的瓶頸。針對該問題，固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心借鑒自然界中生物體中活性氧清除系統(tǒng)的工作機(jī)制，構(gòu)筑出一種具有單線態(tài)氧清除能力的光穩(wěn)定劑(PS)作為高壓鋰電池的正極粘結(jié)劑添加劑，從而明顯地減少循環(huán)中電解液的分解(J. Am. Chem. Soc.)，同時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)還解析了單線態(tài)氧誘導(dǎo)副反應(yīng)的反應(yīng)路徑。
鋰-空氣電池的電極反應(yīng)為兩電子反應(yīng)，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為該過程不會(huì)發(fā)生O-O鍵斷裂，而單線態(tài)氧的產(chǎn)生通常需要O-O鍵的斷裂重排，因而鋰氧電池中單線態(tài)氧的生成路徑困擾學(xué)術(shù)界。固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心與英國牛津大學(xué)合作，剖析鋰-空氣電池中單線態(tài)氧的形成機(jī)制。通過同位素標(biāo)記結(jié)合在線質(zhì)譜(DEMS)分析，研究團(tuán)隊(duì)首次清晰表征出鋰氧電池中O-O斷裂的行為，發(fā)現(xiàn)放電的歧化反應(yīng)過程中發(fā)生O-O鍵斷裂和原子無序排列，而歧化反應(yīng)中的這些O-O鍵斷裂會(huì)產(chǎn)生1O2。研究表明，通過調(diào)控歧化路徑，可提高高能量密度鋰空電池的綜合性能。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在Joule上。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
鋰-空氣電池放電過程中單線態(tài)氧的生成路徑示意圖
