中國儲能網(wǎng)訊：(記者謝詩涵) 日前，南京工業(yè)大學(xué)陳宇輝教授課題組聯(lián)合上海大學(xué)施思齊教授以及奧地利科學(xué)技術(shù)學(xué)院Stefan A. Freunberger教授，發(fā)現(xiàn)通過改變鹽濃度或者溶劑，可以極大提高絕緣體的電化學(xué)速率，并研究發(fā)現(xiàn)了其背后的機理。研究成果近日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然催化》上。
帶有絕緣體的電化學(xué)是未來電池技術(shù)如鋰-氧電池、鋰-硫電池的特征和主要困難。它們在這方面不同于當前的插層電池(如鋰離子電池)，主要依靠離子(脫)嵌入來平衡混合導(dǎo)電固體的氧化還原電荷。鋰-氧電池在放電或充電期間將溶解在電解質(zhì)中的O_2相互轉(zhuǎn)化為固態(tài)絕緣過氧化鋰。鋰-硫電池可將固態(tài)絕緣S_8和硫化鋰相互轉(zhuǎn)化。這些過程中的動力學(xué)瓶頸是電極與絕緣、不溶性、固體存儲材料之間的電荷轉(zhuǎn)移，即使在低倍率下也會導(dǎo)致高過電位和不完全轉(zhuǎn)化。
“我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，用碘化鋰作為氧化還原媒介體催化劑，在與絕緣物質(zhì)比如過氧化鋰反應(yīng)時，存在一個突變電位?！闭撐牡谝蛔髡?、南京工業(yè)大學(xué)博士生曹德慶介紹，當媒介體電位低于突變電位時，氧化還原媒介體與絕緣物質(zhì)反應(yīng)的動力學(xué)較慢，當電位僅高于突變電位少許時，氧化還原媒介體與絕緣物質(zhì)反應(yīng)的動力學(xué)會突然加快。“而通過改變鋰離子濃度或者改變?nèi)軇?，就可以調(diào)節(jié)媒介體電位的變化?！?
“經(jīng)過深入研究，我們發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象不僅在碘化鋰中存在，在其他媒介體與過氧化鋰反應(yīng)過程中也存在，并且這個結(jié)論還可以延伸到除了鋰-氧電池的其他電池體系，例如鋰-硫電池。”陳宇輝說，這種現(xiàn)象與所選用的氧化還原媒介體及電解質(zhì)的類型無關(guān)，“經(jīng)過進一步研究，我們發(fā)現(xiàn)突變電位存在的原因，其實是與絕緣物質(zhì)的晶面有關(guān)。因為絕緣物質(zhì)比如過氧化鋰等是多晶面的，媒介體的電位應(yīng)該超過主導(dǎo)晶面所需的最低過電勢?！?
“課題組的研究得到了材料化學(xué)工程國家重點實驗室及南工大能源科學(xué)與工程學(xué)院的大力支持，這一研究成果為鋰-氧和鋰-硫電池體系選擇媒介體提供了一種新的思路，為未來研究媒介體催化劑提供了一個新的依據(jù)?！?陳宇輝表示，研究成果也會促進鋰-氧電池和鋰-硫電池的工業(yè)化進程，為替代目前商業(yè)化的鋰離子電池提供了更多選擇，進一步加快大型儲能系統(tǒng)例如新能源電動車等的發(fā)展進程。
