崔光磊研究员：分子催化助推700Wh/kg颠覆性二次电池技术

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随着全球能源低碳转型和新能源汽车的发展，高比能、高安全和长寿命成为二次电池技术开发的高科技竞争重点。目前研发中的商业锂离子电池已经逼近其天花板，难以满足日益增长的发展需求。因此，一些具备高容量和高电压的一次电池重新受到研究人员的关注。特别是锂-亚硫酰氯（Li-SOCl2，3.6V）一次电池，其具备能量密度高（>700Wh kg-1）、安全性高、工作温度范围宽（-60 °C 至150 °C）和储存稳定性好（＞20年）的特点，目前被广泛应用于通信计量、石油生产等领域。如能实现该体系电池的可充电，将有望使700Wh kg-1颠覆性二次电池技术成为可能，满足我国在深空、深海等特种条件下的储能需求。然而，该体系电池充电过程中以Cl2为中间体介导的SOCl2转化路径反应效率低（电池不可逆），且热力学电势差大（能量效率低）。此外，放电过程中SOCl2还原动力学差而难以实现大倍率放电。因此，上述放电和充电两方面的双制约使得高比能和高功率兼备的长寿命电池在商业上还难以实现。

　　分子碘对亚硫酰氯电池体系的催化示意图和改善后的性能比较

　　针对上述科学问题，青岛能源所崔光磊研究员带领的固态能源系统技术中心研究团队，通过在商业电解液中引入分子碘来调控充电/放电过程中的反应路径，创新性地同时实现了对充电和放电过程反应的双催化，有效地解决了上述瓶颈问题，为开发高比能和高功率兼备的长寿命商业电池提供了一种可行的解决策略。研究发现：（1）分子碘可以与SOCl2在商业碳正极上实现分子间相互作用，通过改变放电决速步骤进而强化倍率性能；（2）分子碘可直接参与并改变Cl2介导的SOCl2转化路径进而提高转化效率，同时降低电势差从而提高能量效率。
　　近日，该研究成果以《分子催化助力Li-SOCI2一次电池转化为高功率可充电体系》为题发表在化学领域旗舰期刊《美国化学会志》上。文章第一作者为2019级硕博连读生陈国栋，通讯作者为崔光磊研究员和董杉木研究员，中国科学院青岛生物能源与过程研究所和青岛储能产业技术研究院为本文的第一单位。（文/ 陈国栋）
　　原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.3c07927
       文章来源：青岛能源所
       崔光磊，博士，研究员，博士生导师，享受国务院特殊津贴专家，先后获得中科院“百人计划”终期评估“优秀”奖、山东省“泰山学者”特聘专家、国家自然科学基金“杰出青年”基金获得者称号等。2000年于青岛化工学院应化系获得应用化学硕士学位，2005年于中国科学院化学所获得有机化学博士学位，2005年9月至2009年2月先后在德国马普协会高分子所和固态所从事博士后研究。现任中科院青岛能源所学位委员会主任、学术委员会副主任，能源应用技术二级所所长，青岛储能产业技术研究院执行院长、青岛太阳能储能重点实验室主任。国际聚合物电解质委员会委员、中国电化学会委员、中国固态离子会理事。主要从事低成本高效能源储存与转换器件的研究开发工作。作为负责人和主要参与者承担国家973计划、863计划，国家自然科学基金项目，中科院先导专项、国际合作项目及企业横向项目等多项科研项目，经费8000多万。先后在材料、化学、能源材料等方面的国际权威杂志Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Coordin. Chem. Rev.、Prog. Polym. Sci.等发表文章160多篇，SCI总引用6500多次，他引5000多次。