中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在鋰氧氣電池領(lǐng)域取得了重大突破，這一成果已在《自然-通訊》雜志上發(fā)表。研究的核心在于發(fā)現(xiàn)了提升鋰氧氣電池容量瓶頸的關(guān)鍵因素。

鋰氧氣電池，因其潛在的高能量密度，被視為未來能源存儲(chǔ)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。然而，盡管近年來研究人員在提升電池的高倍率性能和穩(wěn)定性方面取得了顯著進(jìn)展，鋰氧氣電池的實(shí)際容量仍然遠(yuǎn)低于其理論值。這一差距的主要原因在于多孔正極內(nèi)部空間的利用效率不足，導(dǎo)致電池性能受限。

研究團(tuán)隊(duì)深入探究了正極過程中的復(fù)雜機(jī)制，發(fā)現(xiàn)相變、傳質(zhì)及法拉第反應(yīng)的相互作用，以及對(duì)電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精確表征技術(shù)限制，都是影響電池性能的重要因素。為了揭示這些過程，研究團(tuán)隊(duì)采取了創(chuàng)新的策略。

他們通過調(diào)節(jié)鋰離子濃度，改變了電池的初始動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，從而排除了溶劑、催化劑等因素對(duì)過氧化鋰行為的影響。這一策略不僅有助于理解過氧化鋰的微觀行為和電化學(xué)性能之間的聯(lián)系，還為實(shí)現(xiàn)電池容量的提升提供了可能。

研究結(jié)果顯示，通過精確調(diào)控鋰離子濃度，可以優(yōu)化傳輸與成核動(dòng)力學(xué)之間的匹配程度，從而顯著提升鋰氧氣電池的放電容量。研究團(tuán)隊(duì)還利用可視化電極和跨尺度數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步分析了過氧化鋰的分布特性。在特定濃度的電解液中，過氧化鋰顆粒呈現(xiàn)出逆氧氣梯度分布，這表明成核與傳輸動(dòng)力學(xué)達(dá)到了最佳平衡狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了最大的放電容量。

這一發(fā)現(xiàn)打破了傳統(tǒng)觀念，即認(rèn)為僅通過加速氧氣傳輸就能突破電池容量瓶頸。實(shí)際上，維持電極深處的物質(zhì)傳輸才是實(shí)現(xiàn)高性能鋰氧氣電池的關(guān)鍵。研究團(tuán)隊(duì)表示，他們的研究成果為實(shí)現(xiàn)高能量密度的鋰空氣電池提供了重要的理論指導(dǎo)，為未來的能源存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展開辟了新的路徑。

此次研究的成功不僅展示了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在新能源技術(shù)領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力，也為全球能源存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。隨著研究的深入，鋰氧氣電池有望在未來成為主流的能源存儲(chǔ)技術(shù)，為人類的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。