徐吉静教授团队Angew.：钛酸钡压电催化剂中的本征应力应变使锂氧电池具有低过电位和长寿命

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徐吉静教授团队Angew.：钛酸钡压电催化剂中的本征应力应变使锂氧电池具有低过电位和长寿命
具有高理论能量密度的可充电锂氧（Li−O2）电池被认为是便携式电子设备和电动汽车的有希望的候选者，而由于动力学缓慢和正极钝化导致循环稳定性差，其商业应用受到阻碍。
徐吉静教授团队Angew.：钛酸钡压电催化剂中的本征应力应变使锂氧电池具有低过电位和长寿命
在此，吉林大学化学学院、无机合成与制备化学国家重点实验室徐吉静教授团队将放电产物（过氧化锂，Li2O2）生长和分解产生的固有应力用作微观压力资源来诱导内置电场，进一步改善循环过程中的反应动力学和界面锂离子（Li+）传输。
固体Li2O2的本征应力-应变引起的压电势能够为载流子的分离和传输提供驱动力，增强Li+转移，从而改善Li−O2电池的氧化还原反应动力学。结合多种原位表征，系统研究了典型压电材料钛酸钡（BTO）的催化机理，明确了应力-应变转变对Li−O2电池电化学反应动力学和Li+界面传递的影响。
徐吉静教授团队Angew.：钛酸钡压电催化剂中的本征应力应变使锂氧电池具有低过电位和长寿命
图1. DFT计算
总之，该工作将典型的压电材料BTO引入到锂空气电池空气正极中，通过固体放电产物生长和分解产生的微观内应力诱导内建电场，从而改善循环过程中的反应动力学和界面Li+输运。
原位拉曼光谱、X射线衍射谱、有限元模拟和第一性原理计算均揭示了电池内应力对BTO产生内置电场的具体调节作用。弛豫时间分布和原位电化学阻抗谱准确地揭示了内应力诱发的内置电场与电极动力学之间的内在关系。
电池内应力诱导的压电势能够调节能带结构，驱动载流子的分离和输运，增强Li+的传质，有效降低反应势垒，显著提高电池性能。所组装的锂空气电池展现出18438 mAh g−1的放电容量和2200 h的长循环寿命。并且在1000 mA g−1的电流密度下，放电电位可以保持在2.7 V，证明了其优异的倍率性能。
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图2. 电池性能
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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