锂空气电池正极催化剂—多孔NiCo2O4

Smallwuyuping锂空气电池是一种在未来很有可能应用于电动汽车和混合动力汽车上的储能技术。它直接利用空气中的氧气作为反应介质,其理论能量密度高达11140 Wh/kg,约为传统锂离子电池的十倍以上,远高于目前研究的其他各种可充电池体系。然而,目前针对锂空气电池的研究尚处在初期阶段,要实现锂空气电池的实际应用还存在相当大的挑战,比如过慢的氧还原和氧析出动力学过程会引起过高的充放电过电势和较低的充放电效率,而相对不稳定的电解液和电极材料又会导致副反应的发生和副产物的累积,最终严重影响电池寿命以及引发安全问题。研究表明,锂空气电池性能的改善主要依赖于氧气电极的电极材料和结构的优化。多孔电极材料具有较大的比表面积,不仅能提供足够大的过氧化锂沉积的空间还能提供足够多的催化剂-电解液-氧气三相反应位点,因此能够有效降低锂空气电池过电势和改善循环性能。因此,寻找高催化活性的多孔电极材料为锂空气电池领域的重要研究方向。

为了尝试解决锂空气电池存在的缺陷,基于多孔电极材料的优点,南京工业大学能源科学与工程学院的吴宇平教授实验室与澳大利亚伍伦贡大学王佳兆研究员等合作,采用绿色环保的淀粉为模板,制备了三维泡沫结构的NiCo2O4催化剂材料。经过充放电以及循环性能测试,该材料能催化过氧化锂的形成与分解反应,其较低的充放电过电势(0.97V/0.2V)以及80圈的循环寿命使其明显优于大部分已经报道的NiCo2O4催化剂材料。他们还采用旋转圆盘电极技术在水和非水电解液中进一步探讨了该三维泡沫结构的NiCo2O4优异催化性能的原因。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201502924)上。