近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所發(fā)布新型鋰-空氣電池關(guān)鍵材料及電池組研究獲進(jìn)展。應(yīng)化研稱電池比能量不足嚴(yán)重制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展。鋰-空氣二次電池因具有比現(xiàn)有鋰離子電池高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)的理論比能量，是最能夠取代汽油的電池種類，已成為電動(dòng)車電池的明日之星。然而受限于電解液和空氣電極等性能的嚴(yán)重不足，現(xiàn)有鋰-空氣電池存在能量轉(zhuǎn)化效率低、倍率性能差和循環(huán)壽命短等亟待解決的難題。

       在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院等的大力支持下，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所張新波研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在鋰-空氣電池研究方面取得一系列重要進(jìn)展。

       該團(tuán)隊(duì)通過(guò)抑制鋰-空氣電池電解液分解，調(diào)控空氣電極固-液-氣三相界面以及優(yōu)化鋰-空二次電池體系與結(jié)構(gòu)，成功將鋰-空氣電池循環(huán)壽命從目前文獻(xiàn)報(bào)道的最長(zhǎng)100次大幅提高至500次。研究結(jié)果發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3699–3705; Chem. Commun., 2012, 48, 6948–6950; Chem. Commun., 2012, 48, 11674–11676; Chem. Commun., 2012, 48, 7598-7600上。

       針對(duì)目前鋰-空氣電池用電解液在電池反應(yīng)中均有不同程度的分解，造成不可逆產(chǎn)物的生成和自身的消耗，嚴(yán)重限制電池的循環(huán)壽命的難題，該團(tuán)隊(duì)基于對(duì)現(xiàn)有電解液分解機(jī)理的認(rèn)識(shí)，首次將亞砜(DMSO)和砜(TMS)應(yīng)用于鋰-空氣二次電池中，有效促進(jìn)了可逆放電產(chǎn)物過(guò)氧化鋰(Li2O2)的生成，減少了副反應(yīng);通過(guò)詳細(xì)考察空氣電極對(duì)鋰-空氣電池性能的影響，發(fā)現(xiàn)空氣電極催化劑催化效率低、用于過(guò)氧化鋰等不溶放電產(chǎn)物存儲(chǔ)和反應(yīng)物傳輸?shù)目椎澜Y(jié)構(gòu)不合理、導(dǎo)電性差是制約鋰-空電池性能的關(guān)鍵因素。基于此，該團(tuán)隊(duì)首次提出了石墨烯一體化空氣電極的概念，成功地在泡沫鎳基體中構(gòu)筑了三維多孔石墨烯。泡沫鎳所具有的高導(dǎo)電性結(jié)合多孔石墨烯合適的孔道結(jié)構(gòu)，使得所制備的鋰-空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能;此外，通過(guò)借助和發(fā)揮稀土鈣鈦石型復(fù)合氧化物優(yōu)異的電催化性能，有效降低了鋰-空氣電池充/放電過(guò)電位，進(jìn)一步大幅提高了能量轉(zhuǎn)化效率和倍率性能。

       在以上研究成果的基礎(chǔ)上，為使鋰空氣電池真正應(yīng)用于電動(dòng)交通工具和太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源儲(chǔ)能等領(lǐng)域，該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)優(yōu)化鋰-空二次電池體系與結(jié)構(gòu)，首次設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出可實(shí)用化、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋰-空氣二次電池電池組。