刘韬教授课题组在国际顶级期刊Chemical Reviews上发表锂金属-空气电池研究成果

——综述非水体系锂空电池的当前挑战与未来发展路线

非水体系锂-空气二次电池利用空气中的氧气和锂金属分别作为正、负极储能材料，具有超高的能量密度，被誉为“终极电池”，是下一代储能技术的重要代表之一，吸引着全球广泛的研发投入和广大研究者的关注。日前，化学科学与工程学院刘韬教授课题组在国际顶级期刊《化学评论》在线发表了该课题组的研究成果《非水体系锂空气电池当前的挑战与未来发展路线》（“Current Challenges and Routes Forward for Nonaqueous Lithium–Air Batteries”） （Chem. Rev., 2020, 10.1021/acs.chemrev.9b00545），并且该文章被选为ACS Editor’s Choice作为亮点报道 (an honor given to only one article from the entire ACS portfolio each day of the year)。

图1. 文章内容总结示意图

刘韬教授和剑桥大学的Clare P. Grey教授等人合作，在这篇综述中，对过去八年间非水体系锂空电池的研究进展进行了概括总结，并对非水锂空电池在未来发展路线方面提出了自己的观点。文章首先重点描述了基于过氧化锂的锂氧电池的基本原理，讨论了其充放电过程所对应氧还原与释放反应的机理，对比分析了充放电时电化学反应的反应界面、反应中间步骤的特征、电子/离子在过氧化锂产物中的传导模式、以及上述反应机制的影响因素。随后，作者对该技术存在的关键问题，如：电解液分解、碳电极腐蚀以及锂金属负极的不稳定性等等，进行了总结分析，重点从分子层面上，阐明了这些电池副反应的发生与电池微观反应机制的内在关联性。并且针对这些问题，作者对当前文献中提出的固态催化剂、氧化还原介质、功能性添加剂、锂金属保护措施等策略的有效性进行了评估，提出了对有效催化剂、氧化还原解质、以及其它功能性添加剂的材料筛选设计标准，作者强调：综合考虑和满足电池各部件的协同要求对关键材料选择上的重要性。最后，作者对近来领域中提出的新反应机制，如：基于超氧化物、氧化物及氢氧化物作为最终放电产物，和它的实现条件、基本原理和反应特点进行了概括总结并作出展望。这些新式电池技术的发现展示了在非水的电解液体系中，氧气电化学反应机制的灵活性，以及理解和调控该机制的巨大研究机遇；这方面的研究或许能孕育出性能更加优秀的锂空气电池体系。

图2. 非水系锂空气电池示意图

刘韬教授为该论文通讯作者，来自剑桥大学的Clare P. Grey教授为共同通讯作者；同济大学硕士生雷奖参与了该项目，同济大学为第一单位。该项目得到了国家自然科学基金青年科学基金、国家青年人才计划、上海市化学品分析、风险评估与控制重点实验室启动经费等项目支持。

刘韬教授是化学科学与工程学院2019年引进人才，当年入选国家青年人才计划，课题组长期致力于能源储存与转化方面的研究（如金属空气电池、锂离子电池、液流电池、原位电化学表征技术开发）在Science, Nature, Nature Materials, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Energy and Environmental Science等有影响的杂志上发表过多篇研究论文。这次发表论文所在的Chemical Reviews杂志（影响因子: 54.301）是化学专业领域最具影响力的综述期刊。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00545