2022-06-20
科技日報訊 （記者金鳳 通訊員周偉 王洪洲）在目前研究的新型二次儲能系統(tǒng)中，鋰—氧電池是理論上比能量高的電池體系。但其放電產(chǎn)物過氧化鋰的絕緣性，阻礙了鋰—氧電池的發(fā)展進程。日前，南京工業(yè)大學陳宇輝教授課題組聯(lián)合上海大學施思齊教授以及奧地利科學家，發(fā)現(xiàn)通過改變鋰鹽濃度或者溶劑，就可以讓絕緣體的電化學速率提高數(shù)倍。研究成果近日發(fā)表在國際權威期刊《自然·催化》上。
與鋰離子電池等插層電池主要依靠離子脫出或嵌入來平衡混合導電固體的氧化還原電荷不同，未來電池技術如鋰—氧電池、鋰—硫電池會產(chǎn)生絕緣物質。鋰—氧電池在放電或充電期間將溶解在電解質中的氧氣轉化為固態(tài)絕緣物質過氧化鋰。鋰—硫電池可將固態(tài)絕緣物質硫和硫化鋰相互轉化。電極與絕緣、不溶性、固體存儲材料之間會發(fā)生電荷轉移，即使在低倍率下也會導致高過電位和不完全轉化。
“我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，用碘化鋰作為氧化還原媒介體的催化劑，在與絕緣物質比如過氧化鋰反應時，存在一個突變電位?！闭撐淖髡摺⒛暇┕I(yè)大學博士生曹德慶介紹，當媒介體電位低于突變電位時，氧化還原媒介體在與絕緣物質反應的動力學較慢，當電位僅高于突變電位少許時，氧化還原媒介體與絕緣物質反應的動力學會突然加快。而通過改變鋰鹽濃度或者改變溶劑，就可以調節(jié)媒介體電位的變化。
“經(jīng)過深入研究，我們發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象不僅在碘化鋰中存在，在其他媒介體與過氧化鋰反應過程中也存在，這個結論還可以延伸到除了鋰—氧電池的其他電池體系，比如鋰—硫電池。”陳宇輝說，他們發(fā)現(xiàn)突變電位存在的原因，其實是與絕緣物質的晶面有關。因為絕緣物質比如過氧化鋰等是多晶面的，媒介體的電位應該超過主導晶面所需的低過電勢。
鋰離子電池的電解質對電池性能影響很大，電解質的化學穩(wěn)定要求很高，特別是在較高的電勢和溫度環(huán)境下，不容易分解，具有較高的離子電導率，正極和負極材料必須是惰性的，不能浸出。由于鋰離子電池的高充放電電位和鋰嵌在負極材料中的高化學活性，要求電解液為有機化合物
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