新闻网讯 （通讯员 靖咏安）5月14日，美国化学会ACS旗下国际化学领域顶尖期刊《美国化学会志》 (JACS ，Journal of the American Chemical Society，IF=10.677）在线发表了材料科学与工程学院动力与储能电池实验室孙丹同学、沈越老师在锂-空气电池方面的最新研究成果“一种新型液相双功能催化剂在锂-氧电池中的应用”（A Solution-Phase Bifunctional Catalyst for Lithium-oxygen Batteries）。

　　据介绍，作为新一代化学储能器件，锂-空气电池由于其超高的能量密度成为近些年的研究重点。锂-空气电池正极反应中，氧气发生还原反应得到电子，与锂离子结合生成过氧化锂固体产物，充电过程中过氧化锂分解释放氧气。在电池反应过程中一般需要催化剂来催化氧气还原（ORR）及氧气生成（OER）反应。目前大多采用固体催化剂材料，但采用这类催化剂，生成的固态放电产物过氧化锂会聚集在催化剂表面，阻碍放电反应的进一步进行；同时在充电的过程中，部分过氧化锂与催化剂不能有效接触，过氧化锂无法完全分解，依然导致容量衰减。

　　沈越、孙丹的此项研究发明了一种新的双功能液相催化剂解决上述问题，即采用有机电解液可溶性酞菁铁（FePc）作为锂氧气电池催化剂来催化ORR和OER反应。在电池放电过程中，酞菁铁分子的Fe-O配位键合与共轭结构的电子离域效应可以稳定在和ORR反应过程中产生高能态中间产物，从而作为超氧根离子在电极材料表面和过氧化锂之间的传输介质，改善反应动力学性质。而在充电的过程中，酞菁铁也可以作为氧化还原介质，促进过氧化锂分解生成氧气的反应。在酞菁铁的作用下，过氧化锂的生成与分解不再依赖与导电正极材料的直接接触，从而大大提高了锂氧气电池的放电容量以及循环性能。同时这种新型的液相催化机制与传统的固相催化机制可以并存，将液相与固相催化剂同时使用可以进一步提高锂空气的性能。该研究为实现高容量、高效率、高循环性的下一代高比能锂-空气电池提供了新的方向。

　　5月13日，Wiley旗下的能源材料领域顶尖期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials，IF=10.043）发表了动力与储能电池实验室李真同学、袁利霞副教授在锂硫电池方面的最新研究成果：“对锂-硫电池正极反应机理的新认识”（Insight into the Electrode Mechanism in Lithium-Sulfur Batteries with Ordered Microporous Carbon Confined Sulfur as the Cathode）。

　　据介绍，锂硫电池以其高能量密度、低成本与环境友好等优点成为近年来储能领域的研究热点。但是，由于硫电极在充放电过程中形成的中间产物易溶于电解液，导致硫正极材料的利用率低，循环稳定性差，严重影响了锂硫电池的产业化应用。该工作重点研究了小硫分子的电极行为，对其在充放电过程中的反应机制进行了深入探讨，取得了重要进展。在研究中控制合成了S2-4/C和S2-4/S8/C两种复合材料，系统研究了两种材料在碳酸酯电解液和醚类电解液中的电化学行为，提出了针对硫/微孔碳类复合材料的“固-固反应”机制。通过计算发现，微孔碳的孔径可以容纳小分子硫，但是该孔径小于碳酸酯类溶剂的分子尺寸。因而微孔碳可以成功阻止碳酸酯与多硫化锂的接触，避免了二者之间的不可逆化学反应。这一结果成功解释了碳酸酯电解液与微孔碳/硫复合物的相容性机理。同时，这也充分证明了该类材料的电极过程表现为“固-固反应”机制，而非传统硫电极的“固-液-固”的反应过程。此外，该研究初步明确了硫电极电解液的选择依据，为高性能锂硫电池的开发提供了重要依据。

　　动力与储能电池实验室由黄云辉教授领衔创建于2008年，一直致力于新型能源材料与器件领域的科研工作，包括锂离子动力与储能电池（包括正极材料、负极材料、电池工艺、电池成组与管理系统、以及下一代高比能的锂硫电池和锂-空气电池）、钠离子电池、固体氧化物燃料电池，承担了包括国家杰出青年科学基金、科技部“863”专题和重点课题、科技部和基金委国际合作等科研项目，创建了锂离子电池磷酸铁锂正极材料及电池成组和管理系统产业化应用平台。

　　自2008年成立以来，该实验室已累计在Adv. Mater.、ACS Nano、Energy Environ. Sci.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Mater.等国际著名学术期刊上发表了学术论文120余篇，其中有15篇入选ESI十年内高被引论文（Highly Cited Paper）、4篇入选ESI两年内热点论文（Hot Paper），袁利霞副教授主写的发表于Energy Environ. Sci.（2011, 4: 269）的有关磷酸铁锂正极材料的论文入选2011年度中国百篇最具影响的国际学术论文；授权或公开专利10余项。