本报讯   中国科大工程科学学院热科学和能源工程系特任教授谈鹏团队设计了一种具有高度有序阵列结构的碳包覆阳极氧化铝空气电极，重新认识了锂氧电池的放电电压突降行为和固体产物过氧化锂生长路径。相关成果9月7日发表于《纳米快报》。

研究团队设计的碳包覆阳极氧化铝电极可以被轻易折断，而不会破坏其中的产物分布，实现了全电极范围的过氧化锂观测。观测结果表明，小电流下，通道直径会限制环形过氧化锂生长，造成电极堵塞。其次，存在一个临界电流密度逆转了环形过氧化锂的分布和尺寸。结合电化学阻抗谱表明，电压突降行为是电荷转移阻抗和浓差极化的耦合结果。小电流放电时，放电终止与高电荷转移阻抗和电极堵塞导致的浓差极化有关；大电流放电时，归因于快速电化学反应导致的严重浓差极化。

此外，研究团队详细分析了过氧化锂在碳包覆阳极氧化铝空气电极端面和内部的生长模型，以揭示反应机理。研究发现，端面上的过氧化锂以环形为主，具体总结为：“环抱”壁面，形成不完整的环；“躺”在电极上横向生长；在其他过氧化锂表面成核生长。在电极内部，随着电流密度增加，环形过氧化锂更容易被絮状过氧化锂覆盖，表明环形过氧化锂并非在通道中间歧化产生，而是沿电极表面生长。因此，仅用单一的歧化反应解释环形过氧化锂依赖电极的行为是不合适的。研究团队提出在过氧化锂成核早期，颗粒底部受表面路径控制，这是由于电极表面的高锂氧浓度和电子转移的可能性。随后，溶液中的锂氧在过氧化锂颗粒雏形周围歧化，覆盖了发生表面路线的区域，最终形成一个不完整的环。

研究为进一步揭示锂氧电池的工作机理和电极设计提供参考。

工程科学学院热科学和能源工程系特任教授谈鹏为论文通讯作者，博士研究生张卓君为第一作者。（工程科学学院热科学和能源工程系）