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化工与化学学院王家钧教授团队在固态电池领域取得重要进展

哈工大全媒体(孔凡鹏 文/图)近日,我校化工与化学学院王家钧教授、孔凡鹏老师团队在《科学进展》(Science Advances)上发表题为《基于相结构修饰局域离子——电子传输行为的调控机制及固态锂氧电池性能的耦合研究》(Tailoring electronic-ionic local environment forsolid-state Li-O2 battery by engineering crystal structure)的研究文章。该成果为设计新型正极结构、高性能固态锂氧电池提供了借鉴与指导意义,对助力实现“双碳”战略目标以及在特种环境下的应用均具有广阔的前景。

可充电固态锂氧电池(SSLOB)具有超高的理论能量密度、低制造成本等优势,是一种极具前景的电化学储能装置。常规固态阴极(SSC)是由固态电解质粉体和催化剂直接物理复合,致使阴极呈现了高度不均匀的锂离子、电子传导路径,带来较大能源消耗。因此,高性能的SSC不仅需要有优异的氧析出和氧还原性能,还需要有极佳的离子、电子传输与平衡能力。但目前设计满足上述多重需求的SSC仍具有极大挑战。

基于上述挑战,王家钧教授团队首次提出通过调节晶相结构修饰局域电子——离子传输行为,构筑具有独特结构的SSC目标,采用低温热处理方法制备了具有长程无序结构的非晶钌酸锂(A-Li-Ru-O)复合材料,团队发现该材料可以显著提升电子、离子传输动力学,并结合理论计算得出,非晶结构中的多维扩散有助于其电子、离子传输行为。团队通过进一步研究发现,担载非晶钌酸锂(A-Li-Ru-O)的SSLOB器件展现了优异的放电比容量和循环性能,基于同步辐射X射线吸收谱、同步辐射X射线断层成像等技术研究得出,该无序材料除了具有高效的离子、电子传输动力学,还可以在充放电过程中分别加速过氧化锂(Li2O2)的分解和超氧化锂(LiO2)的电化学转化。

王家钧教授、孔凡鹏老师为该论文通讯作者,我校为唯一通讯单位。化工与化学学院博士研究生孙雪为论文第一作者。化工与化学学院博士研究生宋亚杰、刘青松、张雪艳、安汉文,本科生史一帆、孙楠参与完成部分工作。此外,化工与化学学院霍华副教授、付传凯老师,黑龙江大学谢颖教授参与该研究的部分工作。

本项目得到国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金和哈工大青年科学家工作室、哈工大重庆研究院的资助。

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq6261

催化剂结构表征

催化剂的电子结构与配位结构表征

Li+扩散路径的解析

可充电固态锂氧电池(SSLOB)的电化学性能和放电产物的表征


编辑:梁英爽