南开大学“可呼吸”电池研究取得新进展

    南开大学化学学院教授周震带领课题组在可充电锂氧气电池空气电极研究方面取得重要进展，相关成果发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。该期刊最新影响因子为10.439。该研究进一步优化了锂氧气电池的性能，为这种新型储能器件的实际应用打下了基础。

    锂氧气电池以金属锂作负极，正极为由碳、贵金属或过渡金属氧化物等构成的空气电极，放电时从空气中获取氧气，充电时再放出氧气，因此被誉为“可呼吸”的电池。锂氧气电池具有最高的理论储电能力，如果用作电动汽车电源可以连续行驶800公里，而使用锂离子电池的电动汽车仅能够连续行驶100多公里，而且锂离子电池的提升理论空间有限。所以目前电动汽车价格高，市场认可度低，需要政府给予一定补贴。现实的需求更加呼唤锂氧气电池尽快取得突破。

    周震带领课题组成员设计出高活性的空气电极为可充电锂氧气电池的实用化打开通道。他们通过简单易行的溶胶凝胶方法制备了一种同时具有层状大孔与介孔通道的碳氮多级复合结构材料，作为锂氧气电池的空气电极，表现出了非常高的电化学活性，尤其是循环稳定性得到了明显改善，可以连续充放电160次以上。空气电极性能的改善得益于材料独特的结构，大孔和介孔为电化学反应和氧气传输提供了良好的场所和通道，而材料中存在的大量吡啶结构的氮提供了电催化反应的活性位点。同时，研究人员通过理论计算证实了吡啶氮的催化作用。

    周震介绍，锂氧气电池的研究是当今新能源领域的热点和难点，国内外许多高校和研究机构都致力于此。锂氧气电池的应用还有很长的路要走，首先需要扎实的基础研究来寻求突破。周震课题组在锂氧气电池中使用了独特的空气电极材料，并引入高性能计算模拟来指导实验，为锂氧气电池催化剂的设计和研发指明了方向。该研究得到了国家自然科学基金委和教育部的资助。<