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我校李从举教授科研团队在《Journal of Materials Chemistry A》等期刊上连续发表三篇研究成果

单位(作者):能源与环境工程学院 | 来源: | 更新时间:2019-04-12 | 点击数:

我校能源与环境工程学院、融创院李从举教授团队聚焦纳米纤维在环境能源领域中的应用,连续在《Journal of Materials Chemistry A》(IF:10.492)上发表题为“Extending cycling life of lithium–oxygen batteries based on novel catalytic nanofiber membrane and controllable screen-printed method”的文章、在《Electrochimica Acta》(IF:5.229)上发表题为“Long cycling, thermal stable, dendrites free gel polymer electrolyte for flexible lithium metal batteries”的文章和在《Catalysis Science & Technology》(IF:5.365)上发表题为“An efficient, bifunctional catalyst for lithium-oxygen batteries obtained through tuning the exterior Co2+/Co3+ ratio of CoOx on N-doped carbon nanofibers”等三篇文章,该研究得到了校引进人才基本研究经费、国家“万人计划”科技创新领军人才等项目的支持。

目前,环境和能源问题日渐凸显,化石燃料的滥用和过度使用,引发了温室效益、酸雨、雾霾等一系列问题,促进了对环境友好的能量转化和储存系统的研发。氧还原(ORR)和析氧反应(OER)是重要的可再生能源技术的核心反应过程,应用涉及到燃料电池,锂-空(氧)气电池和分解水制氢等领域。有机体系的锂-空气电池具有比容量高、原料易得、污染小、质量轻等优点,被认为是最具潜力的电动汽车储能系统之一。但是,在电池充放电过程中,基于氧还原(ORR)和氧析出(OER)的正极反应动力学过程极其缓慢,导致了电压极化大、循环稳定性差、库伦效率低、副反应多等一系列问题,严重限制了锂空气电池的实际应用。因此,设计、研制、开发具有氧还原和氧析出双重催化功能的新型、高效催化剂体系,是目前锂空气电池急需解决的关键问题之一。

纳米纤维及其电极催化剂新材料具有独特一维结构、孔隙率高、比表面积大、可修饰性强、可大规模生产等特点,有利于空气电极氧气的扩散、电解液的浸润、活性位点的增加、颗粒的分散,广泛应用于电催化、离子交换、空气过滤、水处理等领域。作为2018年之一,纳米纤维环境能源新材料科学问题研究、宏量化和产业化亟待攻克。李从举教授团队基于“二次催化和表界面协同作用”构想,在商用Glass Fibers电池隔膜上设计并构建了一种新型PAN纳米纤维膜自支撑的Ag/Au催化剂;另外,基于“无导电碳和大面积制备空气电极”的实验设计,通过原位负载得到Ru-rGO纳米催化剂材料,利用丝网印刷技术大面积制备Ru-rGO空气电极。以Ru-rGO为空气电极,研究了Glass Fibers/PAN/Ag/Au复合隔膜对锂空气电池的电化学性能影响。研究发现,复合隔膜显著提高循环性能和降低极化电压。分析结果表明,该复合隔膜具有电子绝缘性,既能防止电池短路,当Li2O2产物接触到Ag/Au复合催化剂时帮助电极催化分解产物,起到二次催化目的,通过复合隔膜与Ru-rGO的界面协同作用,得到高效长循环性能。鉴于其简单的制备方法和优异的性能,该复合催化隔膜不仅可应用于锂-氧气(空气)电池,也可应用于其它金属空气电池、传感器和燃料电池隔膜等,研究结果有力地促进了环境能源新材料开发与产业化。

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图1 纳米纤维催化膜的基本结构及电极制备过程。


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图 2 纳米纤维催化膜可能存在的催化机理解释。


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