記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系特任教授談鵬團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了一種具有高度有序陣列結(jié)構(gòu)的碳包覆陽(yáng)極氧化鋁(C-AAO)空氣電極，重新認(rèn)識(shí)了鋰氧電池的放電電壓突降行為和固體產(chǎn)物過(guò)氧化鋰生長(zhǎng)路徑。相關(guān)成果日前發(fā)表在《納米快報(bào)》上。

非水系鋰氧電池由于其高能量密度而成為一種有前景的先進(jìn)電池技術(shù)。與鋰離子電池不同，鋰氧電池以固體過(guò)氧化鋰為放電產(chǎn)物，其生成與分解對(duì)電池的性能有重要影響。目前，對(duì)氧化鋰形貌和晶型的觀測(cè)和表征大多集中在空氣電極表面，氧化鋰在空氣電極內(nèi)部的形貌和分布規(guī)律鮮有報(bào)道，主要問(wèn)題包括在空氣電極內(nèi)部，氧化鋰形貌和尺寸的變化趨勢(shì)是怎樣的?其影響因素是什么?多孔電極內(nèi)部堵塞所帶來(lái)的活性物質(zhì)傳輸阻力是否會(huì)導(dǎo)致電池放電電壓突降?與電極鈍化相比，誰(shuí)占據(jù)主導(dǎo)地位?

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的C-AAO電極可以被輕易折斷，而不會(huì)破壞其中的產(chǎn)物分布，實(shí)現(xiàn)了全電極范圍的氧化鋰觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果顯示，小電流下，通道直徑會(huì)限制環(huán)形氧化鋰生長(zhǎng)，造成電極堵塞。其次，存在一個(gè)臨界電流密度逆轉(zhuǎn)了環(huán)形氧化鋰的分布和尺寸。結(jié)合電化學(xué)阻抗譜表明，電壓突降行為是電荷轉(zhuǎn)移阻抗和濃差極化的耦合結(jié)果。小電流放電時(shí)，放電終止與高電荷轉(zhuǎn)移阻抗和電極堵塞導(dǎo)致的濃差極化有關(guān);大電流放電時(shí)，歸因于快速電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的嚴(yán)重濃差極化。

此外，研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)分析了氧化鋰在C-AAO電極端面和內(nèi)部的生長(zhǎng)模型。研究發(fā)現(xiàn)，端面上的氧化鋰以環(huán)形為主，“環(huán)抱”壁面，形成不完整的環(huán)，“躺”在電極上橫向生長(zhǎng)，在其他氧化鋰表面成核生長(zhǎng)。在電極內(nèi)部，隨著電流密度增加，環(huán)形氧化鋰更容易被絮狀氧化鋰覆蓋，表明環(huán)形氧化鋰并非在通道中間歧化產(chǎn)生，而是沿電極表面生長(zhǎng)。

這一研究成果為進(jìn)一步揭示鋰氧電池的工作機(jī)理和電極設(shè)計(jì)提供了參考。(科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒)