近日，中國科學院長春應用化學研究所發(fā)布新型鋰-空氣電池關鍵材料及電池組研究獲進展。應化研稱電池比能量不足嚴重制約了電動汽車的發(fā)展。鋰-空氣二次電池因具有比現(xiàn)有鋰離子電池高出1～2個數(shù)量級的理論比能量，是最能夠取代汽油的電池種類，已成為電動車電池的明日之星。然而受限于電解液和空氣電極等性能的嚴重不足，現(xiàn)有鋰-空氣電池存在能量轉化效率低、倍率性能差和循環(huán)壽命短等亟待解決的難題。

       在國家自然科學基金委、科技部和中科院等的大力支持下，中國科學院長春應用化學研究所張新波研究員帶領的科研團隊在鋰-空氣電池研究方面取得一系列重要進展。

       該團隊通過抑制鋰-空氣電池電解液分解，調控空氣電極固-液-氣三相界面以及優(yōu)化鋰-空二次電池體系與結構，成功將鋰-空氣電池循環(huán)壽命從目前文獻報道的最長100次大幅提高至500次。研究結果發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3699–3705; Chem. Commun., 2012, 48, 6948–6950; Chem. Commun., 2012, 48, 11674–11676; Chem. Commun., 2012, 48, 7598-7600上。

       針對目前鋰-空氣電池用電解液在電池反應中均有不同程度的分解，造成不可逆產物的生成和自身的消耗，嚴重限制電池的循環(huán)壽命的難題，該團隊基于對現(xiàn)有電解液分解機理的認識，首次將亞砜(DMSO)和砜(TMS)應用于鋰-空氣二次電池中，有效促進了可逆放電產物過氧化鋰(Li2O2)的生成，減少了副反應;通過詳細考察空氣電極對鋰-空氣電池性能的影響，發(fā)現(xiàn)空氣電極催化劑催化效率低、用于過氧化鋰等不溶放電產物存儲和反應物傳輸?shù)目椎澜Y構不合理、導電性差是制約鋰-空電池性能的關鍵因素。基于此，該團隊首次提出了石墨烯一體化空氣電極的概念，成功地在泡沫鎳基體中構筑了三維多孔石墨烯。泡沫鎳所具有的高導電性結合多孔石墨烯合適的孔道結構，使得所制備的鋰-空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能;此外，通過借助和發(fā)揮稀土鈣鈦石型復合氧化物優(yōu)異的電催化性能，有效降低了鋰-空氣電池充/放電過電位，進一步大幅提高了能量轉化效率和倍率性能。

       在以上研究成果的基礎上，為使鋰空氣電池真正應用于電動交通工具和太陽能、風能等可再生能源儲能等領域，該團隊還通過優(yōu)化鋰-空二次電池體系與結構，首次設計和開發(fā)出可實用化、擁有自主知識產權的鋰-空氣二次電池電池組。