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研究进展

研究进展

赵勇课题组在Sci. China Mater.报道锂氧气电池的研究进展

来源: 2021欧洲杯竞猜app    日期:2020-10-05   浏览次数:

近期,赵勇课题组在锂氧气电池领域取得新进展,相关成果以“Greatly Promoted Oxygen Reduction Reaction Activity of Solid Catalysts by Regulating the Stability of Superoxide in Metal-O2 Batteries”为题,以全文形式在国际学术期刊《中国科学:材料》(Science China Materials, 2020, DOI: s40843-020-1519-9,影响因子=6.098)上发表。

论文链接:https://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCMs/doi/10.1007/s40843-020-1519-9?slug=abstract

非质子锂氧气电池因其超高理论能量密度(3500 Wh kg-1)而受到全世界的广泛关注。在电池正极侧的氧气还原反应(ORR)过程中,氧气在固体催化剂表面得电子后,生成吸附态的超氧化锂(LiO2)中间产物。非稳态的LiO2一方面会经歧化或电还原反应生成膜状且绝缘的过氧化锂(Li2O2),而造成电化学氧还原反应提前终止;另一方面,LiO2也会与固态催化剂(如碳材料)、电解液等发生副反应,进而钝化电极导致放电终止及较差的循环寿命。如何调控LiO2的稳定以保证ORR在固态催化剂表面持续高效的进行,是锂氧气电池领域的一项重大挑战(Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 2921)


图(a):分子添加剂-LiO2吸附能越高越有利于提高电池容量;(b):分子添加剂-LiO2吸附能越高越有利于抑制LiO2引发的副反应


在前期工作中,我们提出了“仿生酶-辅酶协同氧还原催化反应”的研究思路。通过在电解液中加入能够捕获超氧化物的蒽醌分子,抑制正极表面致密过氧化锂膜的生成,促进固态催化剂表面氧还原反应过程(J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI:10.1021/jacs.8b13568)。在该研究工作中,通过在蒽醌分子骨架上引入不同的供吸电子基团,实现了对放电中间产物LiO2稳定性的可控调控。研究发现,含吸电子基团的1,4-二氟蒽醌(DFAQ)对LiO2的吸附强度最高,可以最大程度地稳定LiO2,从而大幅提高表面ORR的反应速率和稳定性。这一结果证明蒽醌助催化剂对LiO2吸附能的强弱对ORR的活性/稳定性具有重要影响。该研究工作不仅为调节锂氧气电池放电中间产物LiO2的稳定性提供了新的技术手段,还有助于进一步理解非质子溶剂体系下氧还原反应机制(Sci. China Mater., 2020, DOI: s40843-020-1519-9)。

特种功能材料实验室王华硕士、刘亮亮博士为论文共同第一作者,张鹏博士和赵勇博士为论文通讯作者。本工作得到了中组部、国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。

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