鋰-空氣電池具有超高的理論能量密度，是一種極具發展潛力的儲能技術。近十年來，通過開發各種高效催化劑、電極結構和穩定電解質，鋰-空氣電池性能得到顯著的提升。然而，該電池系統在倍率性能、能量效率以及循環壽命等方面依然存在較大提升空間。為推動該技術發展，從本質上揭示并強化其中的電子、離子、分子等多物種耦合傳輸及能量轉化特性至關重要。

近日，我校工程科學學院熱科學和能源工程系特任教授談鵬團隊和哈爾濱工業大學朱星寶教授在國際著名期刊《Electrochemical Energy Reviews》發表了題為《Addressing Transport Issues in Non Aqueous Li–air Batteries》的綜述論文。該工作系統地分析了非水系鋰-空氣電池中多物種輸運所面臨的挑戰，總結了空氣組分、鋰離子和中間態物質等的傳輸過程，闡明了固體放電產物形貌、分布與電化學性能的內在關聯，并探討了氧化還原介質應用和四電子轉移可行性。在此基礎上，提出了強化物質傳輸、加快反應速率和實現電池穩定運行的策略，為開發高性能鋰-空氣電池提供了可靠的思路。

圖1 非水系鋰-空氣電池中多物種輸運過程示意圖

圖2 非水系鋰-空氣電池的關鍵傳質問題與解決策略

談鵬課題組近些年圍繞鋰-空氣電池多孔電極內物種輸運與能量轉化機制開展了實驗和理論研究，并取得系列進展：開展空氣中多組分協同傳輸下電池工作電壓調控規律和反應機制研究（PNAS, 2022,120,e2217454120），該成果在Altmetric評分的所有研究中排名Top 5%；闡明充放電過程中物質傳輸速率和產物沉積行為對電池能量效率的限制作用（ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 9742–9750）；通過設計一種高度有序的空氣電極，揭示鋰-空氣電池的失效機制（Nano Lett.,2022, 22, 7527-7534），成果報道于美國促進協會（AAAS）主辦的全球科技新聞服務平臺（EurekAlert），在Altmetric評分的所有研究中排名Top 5%；構建了從多孔電極到全電池尺度數學模型，解釋了放電過程中出現多段電壓平臺的現象（Electrochim. Acta, 2022, 421, 140510），并設計了一種基于強化傳輸理念的高能量密度鋰-空氣電池新結構（Appl. Energy, 2022, 328, 120186）。

以上系列研究受到國內外同行的廣泛認可，并多次報道于國內外新聞媒體，相關研究對于推動鋰-空氣電池技術應用具有重要的理論和實踐價值。

工程科學學院熱科學和能源工程系特任教授談鵬為該論文的通訊作者，博士研究生張卓君為該論文的第一作者。鋰-空氣電池系列研究得到了國家自然科學基金、國家創新人才計劃青年項目、中科院人才項目和唐仲英基金會仲英青年學者項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s41918-022-00157-3

（工程科學學院、科研部）