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 記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校工程科學學院熱科學和能源工程系特任教授談鵬團隊，設計了一種具有高度有序陣列結(jié)構(gòu)的碳包覆陽極氧化鋁（C-AAO）空氣電極，重新認識了鋰氧電池的放電電壓突降行為和固體產(chǎn)物過氧化鋰生長路徑。相關(guān)成果日前發(fā)表在《納米快報》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電池技術(shù)。與鋰離子電池不同，鋰氧電池以固體過氧化鋰為放電產(chǎn)物，其生成與分解對電池的性能有重要影響。目前，對氧化鋰形貌和晶型的觀測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)律鮮有報道，主要問題包括在空氣電極內(nèi)部，氧化鋰形貌和尺寸的變化趨勢是怎樣的？其影響因素是什么？多孔電極內(nèi)部堵塞所帶來的活性物質(zhì)傳輸阻力是否會導致電池放電電壓突降？與電極鈍化相比，誰占據(jù)主導地位？

研究團隊設計的C-AAO電極可以被輕易折斷，而不會破壞其中的產(chǎn)物分布，實現(xiàn)了全電極范圍的氧化鋰觀測。觀測結(jié)果顯示，小電流下，通道直徑會限制環(huán)形氧化鋰生長，造成電極堵塞。其次，存在一個臨界電流密度逆轉(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，放電終止與高電荷轉(zhuǎn)移阻抗和電極堵塞導致的濃差極化有關(guān)；大電流放電時，歸因于快速電化學反應導致的嚴重濃差極化。

 此外，研究團隊詳細分析了氧化鋰在C-AAO電極端面和內(nèi)部的生長模型。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，在其他氧化鋰表面成核生長。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。

這一研究成果為進一步揭示鋰氧電池的工作機理和電極設計提供了參考。

（中國科大供圖）

原標題：鋰氧電池傳輸機理研究取得新進展