鋰-空氣電池具有超高的理論能量密度,，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ膬δ芗夹g(shù),。近十年來，通過開發(fā)各種高效催化劑、電極結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定電解質(zhì),，鋰-空氣電池性能得到顯著的提升,。然而,，該電池系統(tǒng)在倍率性能,、能量效率以及循環(huán)壽命等方面依然存在較大提升空間。為推動該技術(shù)發(fā)展，從本質(zhì)上揭示并強化其中的電子,、離子,、分子等多物種耦合傳輸及能量轉(zhuǎn)化特性至關(guān)重要。
近日,，我校工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系特任教授談鵬團隊和哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱星寶教授在國際著名期刊《Electrochemical Energy Reviews》發(fā)表了題為《Addressing Transport Issues in Non Aqueous Li–air Batteries》的綜述論文,。該工作系統(tǒng)地分析了非水系鋰-空氣電池中多物種輸運所面臨的挑戰(zhàn)，總結(jié)了空氣組分,、鋰離子和中間態(tài)物質(zhì)等的傳輸過程,，闡明了固體放電產(chǎn)物形貌、分布與電化學(xué)性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián),，并探討了氧化還原介質(zhì)應(yīng)用和四電子轉(zhuǎn)移可行性,。在此基礎(chǔ)上，提出了強化物質(zhì)傳輸,、加快反應(yīng)速率和實現(xiàn)電池穩(wěn)定運行的策略,，為開發(fā)高性能鋰-空氣電池提供了可靠的思路。
圖1 非水系鋰-空氣電池中多物種輸運過程示意圖
圖2 非水系鋰-空氣電池的關(guān)鍵傳質(zhì)問題與解決策略
談鵬課題組近些年圍繞鋰-空氣電池多孔電極內(nèi)物種輸運與能量轉(zhuǎn)化機制開展了實驗和理論研究,，并取得系列進展：開展空氣中多組分協(xié)同傳輸下電池工作電壓調(diào)控規(guī)律和反應(yīng)機制研究（PNAS, 2022,120,e2217454120）,，該成果在Altmetric評分的所有研究中排名Top 5%；闡明充放電過程中物質(zhì)傳輸速率和產(chǎn)物沉積行為對電池能量效率的限制作用（ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 9742–9750）,；通過設(shè)計一種高度有序的空氣電極,，揭示鋰-空氣電池的失效機制（Nano Lett.,2022, 22, 7527-7534），成果報道于美國促進協(xié)會（AAAS）主辦的全球科技新聞服務(wù)平臺（EurekAlert）,，在Altmetric評分的所有研究中排名Top 5%；構(gòu)建了從多孔電極到全電池尺度數(shù)學(xué)模型,，解釋了放電過程中出現(xiàn)多段電壓平臺的現(xiàn)象（Electrochim. Acta, 2022, 421, 140510）,，并設(shè)計了一種基于強化傳輸理念的高能量密度鋰-空氣電池新結(jié)構(gòu)（Appl. Energy, 2022, 328, 120186）。
以上系列研究受到國內(nèi)外同行的廣泛認可,，并多次報道于國內(nèi)外新聞媒體,，相關(guān)研究對于推動鋰-空氣電池技術(shù)應(yīng)用具有重要的理論和實踐價值。
工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系特任教授談鵬為該論文的通訊作者,，博士研究生張卓君為該論文的第一作者,。鋰-空氣電池系列研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家創(chuàng)新人才計劃青年項目,、中科院人才項目和唐仲英基金會仲英青年學(xué)者項目的支持,。
論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s41918-022-00157-3
（工程科學(xué)學(xué)院、科研部）
