《微量水參與的鋰-氧氣電池正極反應研究》是依託南開大學，由李福軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微量水參與的鋰-氧氣電池正極反應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李福軍
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
申請人和劍橋大學Grey小組相繼在Nat. Commun.和Science上報導了含微量水的電解質能夠極大降低鋰-氧氣電池放電/充電過電位和改善電池循環穩定性。然而，微量水參與的氧還原/氧析出反應中間產物和放電/充電過程中反應步驟仍然不明確，亟待進一步研究。本項目擬採用旋轉環盤和圓盤電極、循環伏安法、電化學工作站氣相色譜儀聯用，XRD、XPS、Raman、FT-IR、SEM、TEM等技術對氧還原/氧析出反應中間產物和鋰-氧氣電池放電/充電中間態進行分析和表征。重點關注含微量水的鋰-氧氣電池放電/充電過程中的正極反應、過電位形成機制和影響電池循環穩定性的可能因素。實現設計與調控放電產物的價態、組成、結構和形貌以達到鋰-氧氣電池放電/充電過電位的可控，為構建高效、高性能鋰-氧氣電池提供理論基礎和實驗依據，同時也為目前獨立的水系和有機體系氧還原與氧析出反應提供重要補充。
結題摘要
鋰-氧氣電池具有高的比能量密度，吸引了全世界科學家們的廣泛關注，是當前化學電源熱門的研究課題之一。鋰-氧氣電池面臨的主要問題在於放電產物Li2O2在充電過程中分解困難、過電位高。即使在理想條件下，Li2O2的分解過電位仍高於0.44 V，即充電電壓高於3.4 V，這與Li2O2的分解機制密切相關。本項目圍繞鋰-氧氣電池面臨的關鍵科學問題，研究了電解液中含有的少量水或K+對鋰（鈉）-氧氣電池的充放電特性和電池的循環穩定性的影響，深入闡述了不同添加劑情況下的鋰-氧氣電池充放電反應機制，鋰-氧氣電池在可逆運行200周充放電容量仍保持在90%以上。同時，利用半導體氮化碳作為鋰-氧氣電池的光正極，成功將光引入到鋰-氧氣電池中，促進光生電子和空穴分離及氧還原和氧析出反應，揭示新的鋰-氧氣電池反應機理，使鋰-氧氣電池的放電電壓提高到3.22 V和充電電壓降低到3.38 V，使鋰-氧氣電池的庫侖效率提高至95.3%。這將為鋰-氧氣電池的發展提供新思路和光在可充電池中的套用提供實驗基礎。
