“吸”入空氣中的氧氣,經(jīng)過簡單的化學(xué)反應(yīng),就可以實現(xiàn)放電;充電時,放電產(chǎn)物通過可逆反應(yīng)被分解,又重新釋放出氧氣。鋰—氧氣電池正在讓“空氣發(fā)電”的奇思妙想走進(jìn)現(xiàn)實。
科技日報記者4月23日獲悉,南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院李福軍研究員團(tuán)隊研究獲得一種具有表面等離激元增強效應(yīng)的新型半導(dǎo)體催化劑,首次將可見光引入鋰—氧氣電池中,顯著提升了正極反應(yīng)動力學(xué),有效降低了電池充/放電過程的極化,開辟了構(gòu)筑高效金屬—空氣電池的新思路。日前,介紹該工作的論文發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)刊物《美國科學(xué)院院刊》上。
據(jù)介紹,“空氣發(fā)電”被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的下一代電池體系,但其正極遲滯的反應(yīng)動力學(xué)導(dǎo)致的充放電過程極化大、能量效率低等問題極大地制約了鋰—氧氣電池發(fā)展和應(yīng)用的腳步。
光激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生的光電子和空穴可極大提升電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)。采用能帶結(jié)構(gòu)合適的半導(dǎo)體材料,將光引入鋰—氧氣電池中,可顯著提升正極反應(yīng)動力學(xué),降低充/放電過電壓。
目前采用的半導(dǎo)體光吸收主要集中在紫外光區(qū),僅占太陽光譜的4%。李福軍團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn),金納米顆粒的等離激元增強效應(yīng)可大幅提升可見光的吸收,提升氧氣還原反應(yīng)動力學(xué),促進(jìn)放電產(chǎn)物過氧化鋰的生成;充電時,空穴在外加電壓驅(qū)動下高效氧化過氧化鋰,釋放氧氣。
“這就好像給鋰—氧氣電池增加了一個聚光鏡,使正極接收到更多的光能,從而加快了電池反應(yīng)。”李福軍說。
改進(jìn)后的鋰—氧氣電池的放電電壓提高,意味著在放電過程中,鋰—氧氣電池也可以將部分光能被轉(zhuǎn)化成電能輸出;充電時,光能被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能存儲在鋰—氧氣電池中,使充電電壓下降,電池的充/放電電壓差減小,同時也獲得了優(yōu)異的電池倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
李福軍表示,這項新的突破將能直接將光能在電池中實現(xiàn)轉(zhuǎn)化和存儲,將為太陽能發(fā)電和存儲提供新策略。(記者陳曦通訊員吳軍輝)
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