记者从中国科学技术大学获悉，该校工程科学学院热科学和能源工程系特任教授谈鹏团队，设计了一种具有高度有序阵列结构的碳包覆阳极氧化铝(C-AAO)空气电极，重新认识了锂氧电池的放电电压突降行为和固体产物过氧化锂生长路径。相关成果日前发表在《纳米快报》上。
非水系锂氧电池由于其高能量密度而成为一种有前景的先进电池技术。与锂离子电池不同，锂氧电池以固体过氧化锂为放电产物，其生成与分解对电池的性能有重要影响。目前，对氧化锂形貌和晶型的观测和表征大多集中在空气电极表面，氧化锂在空气电极内部的形貌和分布规律鲜有报道，主要问题包括在空气电极内部，氧化锂形貌和尺寸的变化趋势是怎样的?其影响因素是什么?多孔电极内部堵塞所带来的活性物质传输阻力是否会导致电池放电电压突降?与电极钝化相比，谁占据主导地位?
研究团队设计的C-AAO电极可以被轻易折断，而不会破坏其中的产物分布，实现了全电极范围的氧化锂观测。观测结果显示，小电流下，通道直径会限制环形氧化锂生长，造成电极堵塞。其次，存在一个临界电流密度逆转了环形氧化锂的分布和尺寸。结合电化学阻抗谱表明，电压突降行为是电荷转移阻抗和浓差极化的耦合结果。小电流放电时，放电终止与高电荷转移阻抗和电极堵塞导致的浓差极化有关;大电流放电时，归因于快速电化学反应导致的严重浓差极化。
此外，研究团队详细分析了氧化锂在C-AAO电极端面和内部的生长模型。研究发现，端面上的氧化锂以环形为主，“环抱”壁面，形成不完整的环，“躺”在电极上横向生长，在其他氧化锂表面成核生长。在电极内部，随着电流密度增加，环形氧化锂更容易被絮状氧化锂覆盖，表明环形氧化锂并非在通道中间歧化产生，而是沿电极表面生长。
这一研究成果为进一步揭示锂氧电池的工作机理和电极设计提供了参考。(科技日报记者 吴长锋)
