在中科院、國家自然科學(xué)基金委、山東省杰青基金和青島市太陽能儲能技術(shù)重點實驗室等攻關(guān)項目支持下，中科院青島生物能源與過程研究所仿生能源與儲能系統(tǒng)團隊在鋰空氣電池陰極關(guān)鍵材料研究中取得系列新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表于Chem. Commun., J. Phys. Chem. C, ChemSusChem., Coordin. Chem. Rev.等雜志上，并在電解質(zhì)、電極材料體系和液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計方面申請多項專利（一項電解質(zhì)體系材料專利（ZL 200910249811.4）已獲授權(quán)）。
針對目前鋰空氣電池面臨的充放電能量轉(zhuǎn)化效率低、深度放電循環(huán)壽命短等兩個核心問題，該團隊從氮化物材料出發(fā)，通過材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計，構(gòu)建了一系列高效的鋰空氣電池陰極材料（CN 102646839 A; CN 102034985 A）。過渡金屬氮化物（如MoN等）因其外層電子排布與貴金屬Pt相似，對有機電解質(zhì)體系界面表現(xiàn)出穩(wěn)定的、良好的催化活性。該團隊通過構(gòu)效關(guān)系研究，設(shè)計構(gòu)建了納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的高性能鋰空氣電池陰極，成功地降低了電池的充放電極化，提高了能量轉(zhuǎn)化效率（Chem. Commun., 2011, 47, 11291-11293; ChemSusChem, 2012, 5, 1712-1715）。
同時，針對目前鋰空氣電池循環(huán)壽命短等問題，該團隊通過將Co元素引入氮化物材料，設(shè)計合成了具有雙效催化性能的Co3Mo3N三元材料，構(gòu)建了基于該材料的介孔納米陰極，大大提高了鋰空氣電池在深度放電時的循環(huán)壽命（J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 858–865）。此外，通過液流電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可大大消除非活性物質(zhì)對電極界面的污染，并可通過有機無機復(fù)合電解質(zhì)體系設(shè)計，將循環(huán)壽命提高70%（CN 102637890 A）。
基于上述研究，該團隊在Coordin. Chem. Rev.發(fā)表文章，綜述了氮化物納米材料在能量儲存方面，特別是在鋰空高能電池中的應(yīng)用，重點分析了氮化物在鋰空氣電池應(yīng)用中的問題、解決方法和廣闊前景。
鋰空氣電池陰極關(guān)鍵材料研究取得進展
