新闻中心

科研动态

当前位置: 首页 > 科研动态 > 正文

化学院马天翼教授团队发表高水平论文

发布时间:2019-07-19  浏览次数:

锂-空气电池具有极高的理论能量密度(约3500Wh Kg-1),有望成为未来最具前景的电池体系之一。目前,障碍锂-空气电池实际应用的关键问题是电池的低能量效率和循环寿命。究其缘由主要是涉及反应核心物质——过氧化锂(Li2O2)在电池循环过程的不可控。固相催化剂的引入可以加快氧还原反应动力学,并促进Li2O2的分解。但电催化反应被限制在催化剂与Li2O2接触界面,导致催化剂的活性位低利用率。并且有些高效催化剂在促进Li2O2分解的同时也促进了电解液的分解。近来,可溶性催化剂的使用拓展了催化剂的作用范围,可以显著降低Li2O2分解电压,提高空气电池循环性能。尤其是在高施主数(DN)溶剂促进电池的高倍率和大容量运行情况下,可溶性催化剂的使用将更加有利于高能量密度、长寿命锂-空气电池的实现。但是高DN溶剂由于其自身的强极性,极易受到氧还原中间体的攻击,导致副反应的发生。因此,为了减少电池循环过程中的副反应并提高循环效率,开发可控制Li2O2的形成和分解的功能性催化剂具有重要意义。

 

 

 

 

针对上述问题,万博体育网址多少清洁能源化学研究院科研团队开发出一种具有合理控制Li2O2生成和分解的双功能可溶性催化剂——乙酰丙酮钒(V(acac)3)——系统地解决上述问题。通过电化学和原位紫外光谱测试表明,在高DN的二甲基亚砜(DMSO)电解液体系下,在氧还原过程中,V(acac)3对氧还原中间体有强吸附作用,避免了高活性的氧还原中间体对电极和电解液攻击引发副反应。在氧析出过程中,V(acac)3可以作为氧化还原媒介,促进的Li2O2分解,降低充电电压。V(acac)3可溶性催化剂的使用可以显著提升锂-空气倍率性能,降低充电电压,增强电池的循环稳定性。

合理论计算表明,在氧还原过程中,V(acac)3首先结合Li+,生成的LiV(acac)3与超氧化物中间体结合生成LiO2V(acac)3,其再进一步还原生成Li2O2V(acac)3,最终解离生成Li2O2和V(acac)3。在氧析出过程中,V(acac)3会在电极表面氧化,其氧化形式(V(acac)3+)会在较低的电压下催化Li2O2发生分解,自身又被还原成初始状态。因此,V(acac)3缓解了副反应的发生,降低了充电电压,提高了充电效率,增强了电池的循环稳定性。这项工作表明可以设计一种双功能的可溶性催化剂同时解决高DN电解液下的稳定性和提升电池的能量效率。我们期待这种新型的可溶性催化剂将促进高能量密度、长循环稳定性的锂空气电池的实用化。  相关结果发表在AngewandteChemie International Edition上,并被选为VIP文章。文章第一单位为万博体育网址多少,第一作者是万博体育网址多少清洁能源研究院助理研究员赵钦博士,德克萨斯大学奥斯汀分校GraemeHenkelman教授和李昊博士为本工作提供了理论佐证,通讯作者为马天翼教授。该项工作得到辽宁省百千万人才计划,辽宁省优秀青年基金,兴辽英才—攀登学者计划,沈阳科技创新人才支持计划的支持。