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2021-01-10 同濟大學新聞網

同濟大學劉韜教授課題組在國際頂級期刊Chemical Reviews上發表鋰金屬-空氣電池研究成果——綜述非水體系鋰空電池的當前挑戰與未來發展路線

來源：化學科學與工程學院   時間：2020-03-04  瀏覽：

非水體系鋰-空氣二次電池利用空氣中的氧氣和鋰金屬分別作為正、負極儲能材料，具有超高的能量密度，被譽為「終極電池」，是下一代儲能技術的重要代表之一，吸引著全球廣泛的研發投入和廣大研究者的關注。日前，化學科學與工程學院劉韜教授課題組在國際頂級期刊《化學評論》在線發表了該課題組的研究成果《非水體系鋰空氣電池當前的挑戰與未來發展路線》（「Current Challenges and Routes Forward for Nonaqueous Lithium–Air Batteries」）（Chem. Rev., 2020, 10.1021/acs.chemrev.9b00545），並且該文章被選為ACS Editor's Choice作為亮點報導 (an honor given to only one article from the entire ACS portfolio each day of the year)。



圖1. 文章內容總結示意圖

劉韜教授和劍橋大學的Clare P. Grey教授等人合作，在這篇綜述中，對過去八年間非水體系鋰空電池的研究進展進行了概括總結，並對非水鋰空電池在未來發展路線方面提出了自己的觀點。文章首先重點描述了基於過氧化鋰的鋰氧電池的基本原理，討論了其充放電過程所對應氧還原與釋放反應的機理，對比分析了充放電時電化學反應的反應界面、反應中間步驟的特徵、電子/離子在過氧化鋰產物中的傳導模式、以及上述反應機制的影響因素。隨後，作者對該技術存在的關鍵問題，如：電解液分解、碳電極腐蝕以及鋰金屬負極的不穩定性等等，進行了總結分析，重點從分子層面上，闡明了這些電池副反應的發生與電池微觀反應機制的內在關聯性。並且針對這些問題，作者對當前文獻中提出的固態催化劑、氧化還原介質、功能性添加劑、鋰金屬保護措施等策略的有效性進行了評估，提出了對有效催化劑、氧化還原解質、以及其它功能性添加劑的材料篩選設計標準，作者強調：綜合考慮和滿足電池各部件的協同要求對關鍵材料選擇上的重要性。最後，作者對近來領域中提出的新反應機制，如：基於超氧化物、氧化物及氫氧化物作為最終放電產物，和它的實現條件、基本原理和反應特點進行了概括總結並作出展望。這些新式電池技術的發現展示了在非水的電解液體系中，氧氣電化學反應機制的靈活性，以及理解和調控該機制的巨大研究機遇；這方面的研究或許能孕育出性能更加優秀的鋰空氣電池體系。



圖2. 非水系鋰空氣電池示意圖

劉韜教授為該論文通訊作者，來自劍橋大學的Clare P. Grey教授為共同通訊作者；同濟大學碩士生雷獎參與了該項目，同濟大學為第一單位。該項目得到了國家自然科學基金青年科學基金、國家青年人才計劃、同濟大學青年百人計劃（A類）、上海市化學品分析、風險評估與控制重點實驗室啟動經費等項目支持。

劉韜教授是化學科學與工程學院2019年引進人才，當年入選國家青年人才計劃，課題組長期致力於能源儲存與轉化方面的研究（如金屬空氣電池、鋰離子電池、液流電池、原位電化學表徵技術開發）在Science, Nature, Nature Materials, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Energy and Environmental Science等有影響的雜誌上發表過多篇研究論文。這次發表論文所在的Chemical Reviews 雜誌（影響因子: 54.301）是化學專業領域最具影響力的綜述期刊。


論文連結：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00545

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