近日，我校化學學院周震教授課題組，在新型儲能體系-可充電鋰二氧化碳電池研究方面取得重要進展，首次以石墨烯用作鋰二氧化碳電池的空氣電極，以金屬鋰做負極，吸收空氣中的二氧化碳釋放能量。課題組把鋰二氧化碳電池稱為“可呼吸”電池2.0版。相關研究成果發表于化學學科三大傳統頂級期刊之一《應用化學（國際版）》，并被編輯選為熱點論文。

“可呼吸”電池的初級版本是鋰氧氣電池，它以金屬鋰作負極，正極為由碳、貴金屬或過渡金屬氧化物等構成的空氣電極，放電時從空氣中獲取氧氣，充電時再放出氧氣，因此被譽為“可呼吸”電池。鋰氧氣電池具有最高的理論儲電能力，如果用作電動汽車電源可以連續行駛800公里，而使用鋰離子電池的電動汽車僅能夠連續行駛100多公里，而且鋰離子電池的提升理論空間有限。所以目前電動汽車價格高，市場認可度低，需要政府給予一定補貼。現實的需求更加呼喚鋰氧氣電池盡快取得突破。

課題組通過簡單易行的溶膠凝膠方法，制備了一種同時具有層狀大孔與介孔通道的碳氮多級復合結構材料，作為鋰氧氣電池的空氣電極，表現出了非常高的電化學活性，尤其是循環穩定性得到了明顯改善，可以連續充放電160次以上。空氣電極性能的改善正是得益于這種材料獨特的結構。大孔和介孔為電化學反應和氧氣傳輸提供了良好的場所與通道，而材料中存在的大量吡啶結構的氮提供了電催化反應的活性位點。同時，研究人員通過理論計算證實了吡啶氮的催化作用。相關成果發表于《先進功能材料》上，該研究進一步優化了鋰氧氣電池的性能，為這種新型儲能器件的實際應用打下了基礎。

鋰氧氣電池的研究是當今新能源領域的熱點和難點，國內外許多高校和研究機構都致力于此。周震課題組在鋰氧氣電池中使用了獨特的空氣電極材料，并引入高性能計算模擬來指導實驗，為鋰氧氣電池催化劑的設計和研發指明了方向。

“現在課題組將氧氣換成二氧化碳，一來是原料制備方便，空氣中七成是二氧化碳，二來增加實驗過程中的安全性。因此，我們可以把鋰二氧化碳電池看作是一代‘可呼吸’電池的升級版本。”周震介紹。此外，由于全球變暖主要是由二氧化碳等溫室氣體大量排放造成的，如何減少二氧化碳的排放成為當今社會普遍關注的問題。如果能把二氧化碳變廢為寶，資源化利用是一條理想的出路，這也成為國際上研究的熱點和難點。

可充電鋰二氧化碳電池的構想，迸發于課題組成員蘇利偉博士3年前的一次實驗。他發現，碳酸鹽做鋰離子電池負極儲鋰容量異常高，且在反應過程中產生二氧化碳氣泡。此后，博士生張彰開始建立鋰氧氣電池的研究平臺，經團隊成員反復實驗，不斷改進電極性能，首次將石墨烯用作鋰二氧化碳電池的空氣電極，表現出了優異的性能，可連續充放電20次以上，這是截至目前的最高水平。鋰二氧化碳電池性能的改善得益于石墨烯的高導電性和大比表面積，為電化學反應提供了良好的場所。

目前，盡管可充電鋰二氧化碳電池的研究剛剛起步，基本原理尚未完全清楚，動力學性能和充放電循環能力還有進一步提升空間，需繼續深入研究。但專家們認為，該研究為推動二氧化碳在能源儲存與轉化領域中的應用，以及實現鋰氧氣電池向鋰空氣電池的飛躍具有重要意義。

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