金屬空氣電池技術(shù)
1988年，張華民在日本九州大學綜合理工學院獲得工學博士學位，回國前向恩師請教下一步研究方向，恩師回答，“如果要做材料，建議你研究低維材料(納米超細粉、納米線及納米膜材料)，如果要做電池，建議你關(guān)注金屬空氣電池。金屬空氣電池的關(guān)鍵和難點是空氣電極材料和結(jié)構(gòu)，如果能解決空氣電極的問題，電池技術(shù)就會產(chǎn)生革命化的進步。”20多年過去了，金屬空氣電池特別是鋰-空氣電池已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注，并取得許多重大進展。
鋰-空氣電池并非全新概念，其最早由洛克希德公司研究人員于1976年提出。1996年，Abraham等人提出有機電解液體系，開創(chuàng)了鋰-空氣電池研究新局面。目前，鋰-空氣電池的研究主要集中于正極，其直接決定了電池的各項性能指標。能量密度方面，最具代表性的便是石墨烯類材料。美國西北太平洋國家實驗室的研究人員，制備了一種具有氣泡式結(jié)構(gòu)的分層石墨烯材料，實現(xiàn)了約15000mAh/g的放電比容量，遠超現(xiàn)有鋰離子電池。
然而，鋰-空氣電池充放電過程中生成的含氧中間態(tài)產(chǎn)物會與碳材料、電解液等發(fā)生化學反應(yīng)，導致大量副產(chǎn)物的生成(如碳酸鋰等)，極大地影響了電池的循環(huán)過程，是制約其發(fā)展的瓶頸問題。Bruce等人將多孔金和碳化鈦用于正極，可有效抑制副反應(yīng)，100次循環(huán)容量保持率大于95%。
高能量密度是鋰-空氣電池的主要優(yōu)勢，而循環(huán)穩(wěn)定性是其技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和面臨的難題。另一方面，金屬鋰的純化和鋰負極保護與充放電過程中的枝晶抑制，高活性正極催化組分以及選擇性透氧膜的開發(fā)，電池結(jié)構(gòu)設(shè)計集成技術(shù)等均是其實用化過程需要有效解決的問題。
延伸閱讀：【作者簡介】
張華民，現(xiàn)任中科院大連化物研究所研究員。
研究領(lǐng)域：
1.燃料電池關(guān)鍵材料及技術(shù)的研究開發(fā)
2.液流儲能電池關(guān)鍵材料及技術(shù)的研究開發(fā)，液流儲能電池的系統(tǒng)集成
3.可再生燃料電池關(guān)鍵材料及技術(shù)的研究開發(fā)，可再生燃料電池的系統(tǒng)集成
主要學術(shù)成就：
自2000年起，作為課題負責人負責主持并完成科技部“燃料電池技術(shù)”“九五”攻關(guān)項目及中科院科研項目，科技部“863”電動汽車重大專項“燃料電池發(fā)動機2”課題一期和二期研究開發(fā)項目，中國科學院知識創(chuàng)新二期重大項目“大功率質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機及氫源技術(shù)”，863后續(xù)能源領(lǐng)域“氧化還原液流儲能電池系統(tǒng)的研究開發(fā)”項目的研究開發(fā)。
目前，作為項目負責人，主持大連化物所與上海汽車集團合作項目《車用燃料電池應(yīng)用基礎(chǔ)研究》的開發(fā)，負責歐盟第六框架國際合作項目及三星合作項目等。主持與企業(yè)合作的“大功率全釩液流儲能電池系統(tǒng)的研發(fā)及示范”項目。
回國后，張華民先后獲得省部級科技發(fā)明一等獎一項，二等獎一項，獲得國家四部委頒發(fā)的“九五”國家重點科技攻關(guān)計劃優(yōu)秀科技成果獎一項，GM中國科技成就二等獎一項。共發(fā)表研究論文200余篇，申報發(fā)明專利近70余項，國際專利16項。（內(nèi)容來源：中國科學院大連化學物理研究所官網(wǎng)）
