锂氧电池的实际容量远低于其超高的理论值，这主要是由于Li₂O₂成核、生长和多组分传输过程之间的耦合复杂性和对其基本理解和设计优化仍然不足。基于此，2024年11月17日，中国科学技术大学谈鹏教授、肖旭博士团队在国际期刊Nature Communications发表题为《Breaking the capacity bottleneck of lithium-oxygen batteries through reconceptualizing transport and nucleation kinetics》的研究论文，中国科学技术大学张卓君为本文一作。在此，研究人员通过可视化技术和跨尺度量化方法，重新定义了微尺度Li₂O₂行为与宏观电化学性能之间的关系，强调了Li⁺离子固有的调节能力。研究发现，Li₂O₂颗粒沿氧气梯度分布，表明了成核和传输动力学存在兼容性匹配，从而实现了电极的最大容量输出。在此基础上，通过开发一种通用方法，进一步实现了150%的容量提升。这项工作为金属空气电池中的能量转换规则和控制打开了大门，大大加速了其商业化进程。图2：Li₂O₂成核-生长理论及产物形貌与过电位的关系图3：不同Li+离子浓度下可视化电极内物种迁移的定量分析![]()
图4：Li₂O₂颗粒生长的多场跨尺度模拟和介观分析。
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图5：高能量密度通用电极的概念验证和优化策略。
Zhang, Z., Xiao, X., Yan, A. et al. Breaking the capacity bottleneck of lithium-oxygen batteries through reconceptualizing transport and nucleation kinetics. Nat Commun 15, 9952 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54366-z🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
