《鋰空氣電池氧電極構效關係及三維化研究》是依託武漢大學，由肖麗擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰空氣電池氧電極構效關係及三維化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖麗
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰空氣電池催化劑方面的材料研究近年來不斷取得進展，但催化劑本身的構效關係尚未明確，仍缺乏清晰的催化劑設計思想。同時，儘管貴金屬催化劑（Pt、Pd、Ru等）表現出優異的氧電極性能，但由於其資源受限，需要使用價格低廉的非貴金屬替代。本項目擬開展鋰空氣電池非貴金屬氧電極構效關係與三維化研究。將先通過平面電極的研究，揭示有機介質氧電極的“催化劑關鍵性質-Li2O2形貌與物理化學性質-電催化性能”三者之間的聯繫，結合密度泛函理論計算(DFT)對決定電極性能的催化劑關鍵表面性質進行指認與定量描述，然後將之套用到非貴金屬三維網路電極的設計中。本項目將催化劑構效關係的基礎研究與針對實際套用的三維網路電極結構相結合，有望獲得兼具優良催化性能與高容量的鋰空氣電池非貴金屬氧電極，既具有基礎科學價值，也將對實際套用起指導作用。
結題摘要
尋找高效的氧電極催化劑是鋰空氣電池的重要研究方向。當前鋰空氣電池的氧電極催化劑的相關材料研究並不缺乏，但清晰、系統的催化劑構效關係則研究較少。清晰的構效關係研究對指導高效催化劑的設計具有重要意義。本項目通過明確、系統的實驗，使用磁控濺射方法研究了十多種平面模型電極對鋰空氣電池氧電極的催化性能，通過將放電產物Li2O2形貌這一特殊參數作為指紋，結合DFT理論計算模擬揭示了不同金屬表面對氧或超氧離子的吸附能差異是導致放電產物Li2O2形貌差異的根本原因。同時明確指出不同形貌的Li2O2同時具備不同晶型。這種晶型的差異是導致後續充電平台差異的主要原因。這對指導鋰空氣電池氧電極高效催化劑的設計與合成具有清晰、明確的指導意義。其中重要結果及創新點如下：1.使用磁控濺射法批量、可控的製備多種金屬模型電極，方便平行的性能比較；2.自製適合平面模型電極研究的鋰空氣電池測試裝置；3.使用DFT計算不同模型電極表面的LiO2吸附能，將其作為指紋與相應鋰空氣電池充放電性能進行關聯；4.清晰揭示鋰空氣電池氧電極催化活性及放電產物Li2O2形貌存在對應性，結合DFT計算發現這種現象的物理本質是由表面對ORR中間體LiO2的吸附作用強度決定的。5.使用金屬鹽懸濁液沉積法成功製備多種三維網路金屬電極。
