近日，中国科学技术大学特任教授谈鹏团队发现通过改变锂离子浓度，调控传输与成核动力学之间的匹配程度，可以显著提升锂氧气电池的放电容量。该研究为实现高能量密度锂空气电池提供了理论指导。相关研究发表于《自然·通讯》。
锂氧气电池因其超高的理论能量密度，长期以来被认为是未来能源存储的革命性技术。近年来，研究人员在锂氧气电池的高倍率性能和稳定性方面取得了诸多进展，但实际容量远没有达到理论值，主要原因在于多孔正极内空间利用率不足。其中，相变、传质及法拉第反应的复杂耦合以及对电极内部精确表征的技术限制，为揭示正极过程、突破容量瓶颈带来挑战。
解决上述问题的关键是建立放电产物过氧化锂微观行为和电化学性能的联系。在此次研究工作中，为了排除溶剂、催化剂等因素对过氧化锂行为的影响，研究人员通过改变锂离子浓度调节初始动力学状态。
通过可视化电极和跨尺度数学模型，研究团队进一步探究了过氧化锂分布特性。在每升0.5摩尔电解液中，过氧化锂颗粒呈现逆氧气梯度分布，标志着成核与传输动力学达到最佳平衡，从而实现最大放电容量。
研究团队进一步发现，突破锂氧气电池容量瓶颈的关键在于维持电极深处的物质传输，而非仅取决于加速氧气传输。研究人员介绍，此次研究深化了对电极设计准则的理解，并为其他固体产物体系的金属—气体电池提供了参考路径。
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