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徐吉靜教授團隊Angew.：鈦酸鋇壓電催化劑中的本征應力應變使鋰氧電池具有低過電位和長壽命

具有高理論能量密度的可充電鋰氧（Li?O₂）電池被認為是便攜式電子設備和電動汽車的有希望的候選者，而由于動力學緩慢和正極鈍化導致循環穩定性差，其商業應用受到阻礙。

在此，吉林大學化學學院、無機合成與制備化學國家重點實驗室徐吉靜教授團隊將放電產物（過氧化鋰，Li₂O₂）生長和分解產生的固有應力用作微觀壓力資源來誘導內置電場，進一步改善循環過程中的反應動力學和界面鋰離子（Li⁺）傳輸。

固體Li₂O₂的本征應力-應變引起的壓電勢能夠為載流子的分離和傳輸提供驅動力，增強Li⁺轉移，從而改善Li?O₂電池的氧化還原反應動力學。結合多種原位表征，系統研究了典型壓電材料鈦酸鋇（BTO）的催化機理，明確了應力-應變轉變對Li?O₂電池電化學反應動力學和Li⁺界面傳遞的影響。

圖1. DFT計算

總之，該工作將典型的壓電材料BTO引入到鋰空氣電池空氣正極中，通過固體放電產物生長和分解產生的微觀內應力誘導內建電場，從而改善循環過程中的反應動力學和界面Li⁺輸運。

原位拉曼光譜、X射線衍射譜、有限元模擬和第一性原理計算均揭示了電池內應力對BTO產生內置電場的具體調節作用。弛豫時間分布和原位電化學阻抗譜準確地揭示了內應力誘發的內置電場與電極動力學之間的內在關系。

電池內應力誘導的壓電勢能夠調節能帶結構，驅動載流子的分離和輸運，增強Li⁺的傳質，有效降低反應勢壘，顯著提高電池性能。所組裝的鋰空氣電池展現出18438 mAh g^?1的放電容量和2200 h的長循環壽命。并且在1000 mA g^?1的電流密度下，放電電位可以保持在2.7 V，證明了其優異的倍率性能。

圖2. 電池性能

Intrinsic Stress-strain in Barium Titanate Piezocatalysts Enabling Lithium?Oxygen Batteries with Low Overpotential and Long Life Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202311739

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