研究亮点:
1. 超组装CeO2/C框架材料的智能化设计结合了CeO2纳米立方体(100)晶面的高催化活性且利于Li2O2的外延生长,和反蛋白石结构碳基体的大孔结构可以容纳放电产物过氧化锂带来的体积变化,实现了锂氧气电池循环寿命的新突破,达到了440圈的循环寿命。
2. 用DFT计算揭示了充放电过程中Li2O2形成和分解的智能感知路径,为锂氧气电池的正极材料设计及机理探索提供了一定的参考价值。
锂空气电池面临挑战
在各种储能和转换技术中,可充电锂氧气电池以其优异的理论能量密度而引起了广泛关注,其理论能量密度是传统锂离子电池的近十倍,非常有希望应用于商业化的电化学储能设备,从而缓解能源危机和减少环境污染等问题。然而,锂空气电池仍然面临很多的挑战,包括低于预期的比容量、相当高的过电势和缺乏循环稳定性等。这也就意味着,引入具有合理结构的正极催化剂材料来促进锂空气电池缓慢的电极动力学过程是十分迫切的。
锂空气电池正极催化剂研究进展
常用的高效催化剂有贵金属及合金、过渡金属氧化物、钙钛矿和金属氮化物、碳化物等。其中,过渡金属氧化物具有成本低、易合成、储量丰富以及催化活性高等优点,已被广泛用作锂氧气电池的正极材料。而氧化铈(CeO2)是一种由面心立方晶胞组成的方萤石结构,具有良好的结构稳定性和优异的催化活性。它的电子排布比较独特,在催化过程中,Ce3+和Ce4+之间容易相互转化,可以保证充放电反应的持续快速发生。另外,CeO2的结构中存在氧空位缺陷,可以在锂氧气电池放电反应中达到氧气泵的效果,将其用作锂氧气电池催化剂从而实现其电化学性能的大幅提升是十分具有发展前景的。因此,利用超组装合成策略把精准控制的氧化铈纳米晶体与多维多尺度的框架结构相结合,可以实现智能化锂氧气电池的新突破。
拟解决的问题或拟探索的内容
1.超组装CeO2/C框架材料在储能领域的应用
2.合理设计优化CeO2材料的结构来用作锂氧气电池正极
3.探究Li2O2在充放电过程中的智能感知机理
成果简介
有鉴于此,复旦大学孔彪课题组基于超组装框架组装机制创新性的设计了一种智能化可逆分解放电产物Li2O2的锂氧气电池,并利用密度泛函理论计算的结果阐释了放电过程中Li2O2的智能感知路径。




https://onlinelibrary_wiley.gg363.site/doi/abs/10.1002/aenm.201901751