蜂窝煤”状碳膜探究锂空气电池大孔的动力学过电位行为

前言：

    非水锂空气电池具有能量密度高，绿色环保等优点，是目前备受关注的电化学能量存储体系。然而锂空气电池存在着倍率性能低、过电位高和循环性能差等一系列问题。充电时，锂空气电池的氧析出过程会形成较多的副产物。放电过程主要先生成中间产物超氧化锂。然后，中间产物超氧化锂再经过表面反应机制形成膜状的过氧化锂或者经过溶液反应机制形成算珠状的过氧化锂。理论上，高效的锂空气电池阴极催化剂首先需要有大量的氧还原或氧析出的活性位点，同时，还要有足够的空间来容纳大量微米尺寸放电产物过氧化锂的沉积。传统的阴极催化剂往往被设计成介孔结构以提供氧还原或氧析出的活性位点。然而，生成的微米尺寸的放电产物往往会堵住阴极催化剂的介孔孔道，不仅影响充放电过程的电解液的输运和空气的扩散，还会引起催化剂的失活，导致充放电过电势过高。一般认为，大孔结构只是促进电解液或反应物在活性位点上的传输，而不会增大催化剂的活性表面。然而，作为微米尺寸放电产物的主要储存空间，大孔到底对锂空气电池的性能有着怎样的影响，锂空气电池过电位高又具体和哪些因素相关是研究人员广泛关注的问题。

本文亮点：

    近期，上海交通大学陈接胜教授、王开学教授团队通过以氧化锌纳米棒阵列为硬模板，通过反相拓扑变化引入了蜂窝煤状的大孔孔道，获得了多级孔结构的自支撑碳膜。同时，通过调节前驱体溶胶在氧化锌模板中的浸渍高度，制备了具有导通大孔结构的多级孔碳膜和一面闭孔、一面通孔的碳膜，用作无粘结剂自支撑的空气阴极，使锂空气电池获得了优异的倍率性能。研究人员发现大孔的横截面积对锂空气电池的性能有着较大的影响，随着电极表面大孔的横截面积的增加，锂空气电池的恒电流放电曲线上电压滞后的现象愈明显。