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我國科研人員揭示突破鋰氧氣電池容量瓶頸的關鍵因素
新華社合肥11月27日(ri)(ri)電(dian)(dian)(記者戴威(wei))記者27日(ri)(ri)從中(zhong)國科學(xue)技術大(da)學(xue)獲悉(xi)，該校特任教授談鵬團隊發(fa)現，通(tong)過改變鋰離子濃度(du)，調(diao)控(kong)傳(chuan)輸與成核動力學(xue)之間(jian)的(de)匹(pi)配程度(du)，可以(yi)顯著提升(sheng)鋰氧氣電(dian)(dian)池的(de)放電(dian)(dian)容(rong)量。該研究為(wei)實現高(gao)能量密度(du)鋰空(kong)氣電(dian)(dian)池提供(gong)了(le)理論指導。
鋰氧(yang)氣(qi)電(dian)池因(yin)其(qi)超高的理論(lun)能量密(mi)度，長期以(yi)(yi)來(lai)被認為是未(wei)來(lai)能源存儲的革命性(xing)技(ji)術。近年來(lai)，研究(jiu)人員在(zai)鋰氧(yang)氣(qi)電(dian)池的高倍率(lv)性(xing)能和穩定性(xing)方(fang)面取得了諸多(duo)進(jin)展，但實(shi)際(ji)容量遠沒有達到理論(lun)值(zhi)，主(zhu)要原(yuan)因(yin)在(zai)于多(duo)孔(kong)正極(ji)(ji)內(nei)(nei)空間利用率(lv)不足。其(qi)中(zhong)，相變、傳質及(ji)法拉第反應的復雜耦合以(yi)(yi)及(ji)對電(dian)極(ji)(ji)內(nei)(nei)部精(jing)確表(biao)征的技(ji)術限制，為揭(jie)示正極(ji)(ji)過程、突破容量瓶頸帶來(lai)挑(tiao)戰。
解決上(shang)述問(wen)題的(de)(de)(de)關鍵是建立放(fang)電(dian)產物過(guo)氧化鋰(li)微(wei)觀行(xing)為(wei)和電(dian)化學(xue)性能的(de)(de)(de)聯(lian)系。在此次研究工作中，為(wei)了排除(chu)溶劑(ji)、催化劑(ji)等(deng)因素對過(guo)氧化鋰(li)行(xing)為(wei)的(de)(de)(de)影響，研究人(ren)員通過(guo)改變鋰(li)離子濃度(du)調節初始動力(li)學(xue)狀態。
實(shi)驗結果表明，鋰(li)離(li)子濃度影響(xiang)下(xia)的(de)電化(hua)(hua)學性(xing)能變(bian)化(hua)(hua)趨(qu)勢并(bing)不符合離(li)子電導率趨(qu)勢，且過氧化(hua)(hua)鋰(li)行為也不能完全被(bei)先前的(de)成(cheng)核(he)理論解(jie)釋。
通過可視化電極和跨尺(chi)度數學模型，研究(jiu)團(tuan)隊進(jin)一步(bu)探究(jiu)了(le)過氧化鋰(li)分布特性。在0.5摩爾每升電解液(ye)中，過氧化鋰(li)顆粒呈現逆氧氣梯度分布，標志著成核(he)與傳輸動力學達到最佳平衡(heng)，從而實現最大放(fang)電容量。
研究團(tuan)隊進一步發(fa)現，突(tu)破鋰(li)氧氣電池容量瓶頸的關(guan)鍵在于維持電極(ji)深處的物(wu)質傳(chuan)輸(shu)，而(er)非僅取決(jue)于加速氧氣傳(chuan)輸(shu)。
研究(jiu)人(ren)員介(jie)紹(shao)，此次研究(jiu)深化了對電極設計準則的(de)理解，并(bing)為其他固體產物體系的(de)金屬-氣體電池提供了參考路徑。
相關研究(jiu)成果日前發表于國際(ji)權威(wei)學(xue)術(shu)期刊《自然·通(tong)訊(xun)》。(完)
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