中國科學院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心在鋰-空氣電池界面反應機制方面開展長期研究，并獲得了系列研究結果。

在新型電解質(zhì)方面，通過共晶轉(zhuǎn)變和原位聚合制備了深共晶溶劑型聚合物電解質(zhì)(DES-PE)，降低了界面阻抗，有效抑制了含氧中間體等對鋰負極的攻擊(Energy Storage Mater.);進一步通過置換反應和聚合反應相結合的方法在鋰金屬負極上修飾一層均勻致密的含碘多功能聚合物/合金界面層(IPA)，可提供致密有效的保護層從而減少含氧中間體等對鋰負極的侵蝕，并可提供有利的氧化還原中間體(RM)，降低充電過電位從而減少含氧自由基對催化電極的腐蝕(Adv. Funct. Mater.)。

單線態(tài)氧(1O2)誘導的電解液鏈式分解反應，導致電池老化，這是制約高能量密度電池發(fā)展的瓶頸。針對該問題，固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心借鑒自然界中生物體中活性氧清除系統(tǒng)的工作機制，構筑出一種具有單線態(tài)氧清除能力的光穩(wěn)定劑(PS)作為高壓鋰電池的正極粘結劑添加劑，從而明顯地減少循環(huán)中電解液的分解(J. Am. Chem. Soc.)，同時，科研團隊還解析了單線態(tài)氧誘導副反應的反應路徑。

鋰-空氣電池的電極反應為兩電子反應，學術界普遍認為該過程不會發(fā)生O-O鍵斷裂，而單線態(tài)氧的產(chǎn)生通常需要O-O鍵的斷裂重排，因而鋰氧電池中單線態(tài)氧的生成路徑困擾學術界。固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心與英國牛津大學合作，剖析鋰-空氣電池中單線態(tài)氧的形成機制。通過同位素標記結合在線質(zhì)譜(DEMS)分析，研究團隊首次清晰表征出鋰氧電池中O-O斷裂的行為，發(fā)現(xiàn)放電的歧化反應過程中發(fā)生O-O鍵斷裂和原子無序排列，而歧化反應中的這些O-O鍵斷裂會產(chǎn)生1O2。研究表明，通過調(diào)控歧化路徑，可提高高能量密度鋰空電池的綜合性能。近日，相關研究成果發(fā)表在Joule上。

研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、山東省重點研發(fā)計劃等的支持。

鋰-空氣電池放電過程中單線態(tài)氧的生成路徑示意圖