《二次鋰空氣電池雙功能催化劑作用機制研究》是依託復旦大學，由余愛水擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二次鋰空氣電池雙功能催化劑作用機制研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：余愛水
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空氣電極中雙功能催化劑是影響二次鋰空氣電池整體性能的關鍵因素。本項目擬建立非水體系中空氣電極催化機制和界面研究-雙功能催化劑電極設計與調控-空氣電極三相界面構築及構效評估相結合的研究模式，從影響非水體系空氣電極氧還原和氧化物分解反應機制的熱力學入手，闡明雙功能催化劑的作用機理和空氣電極的失效機制，探索雙功能催化電極的設計原理及調控因素等基本問題，從而更好地理解鋰空氣電池中空氣電極氧還原和氧化物分解的動力學機制。同時，通過微觀層次和分子水平上非水體系空氣電極/界面反應過程的研究，闡明空氣電極各組分之間的關聯與其性能的關聯。在最佳化雙功能催化劑和空氣電極結構的基礎上，構築非水體系二次鋰空氣電池體系，提升其電化學性能，特別是電池的充放電效率和循環性能。
結題摘要
非水有機體系二次鋰空氣電池作為一種新型的電池體系，因其超高的理論比能量密度成為目前備受關注的電化學能量儲存體系。然而，鋰空氣電池較高的充放電過電位及充放電過程中不明確的反應機制已成為影響其發展的關鍵科學問題。課題圍繞鋰空氣電池高效雙功能催化劑及鋰空氣電池相關反應機理展開研究，主要研究內容和重要結果包括：（1）在雙功能催化劑設計與製備：研製了多種具有雙效催化功能的納米催化材料，包括氧化釕負載的α型二氧化錳納米管複合材料、氧化釕修飾三維多階孔道硼摻雜的石墨烯氣凝膠、自支撐Co3O4@Ni極片、自支撐NiCo2O4@Ni極片、Co-Ru@C 殼等多種雙功能催化材料，有效降低了鋰-氧氣電池ORR和OER過程中的過電位，改善了循環性能和倍率性能；（2）在電解液最佳化方面：通過將物理、化學性質不同的DMSO和DMA混合，來綜合改善電解液在電池中所需滿足的要求，提出了一種新型的電解質添加劑，探究了催化劑和電解液的匹配性，並對其在鋰-氧氣電池中的性質進行研究；通過採用具有較低DN數的TEGDME作為電解液，可以溶解更多放電產物的八甲基環四矽氧烷（OMTS）作為添加劑，最佳化了電解液；（3）在反應機理研究與原位表征技術方面：利用電化學原位紅外反射光譜研究了非水體系中O2電催化還原及氧化物分解過程的表面反應與動力學；將原位電化學紅外譜學技術拓展至鋰-氧氣電池電解液的不穩定性研究中，在分子水平上實時監測DMSO和分解產物在金表面的吸、脫附過程，揭示DMSO的分解與電位以及活性中間產物間的關係。項目研究結果具有重要的科學意義，研究成果在國際重要學術期刊上共發表SCI論文13篇，科普論文1篇；申請發明專利1項。課題研究共培養研究生8名，其中已畢業4名。
