近日，学校电气工程学院陈维荣教授团队张晓平副教授等人在锂氧气电池负极保护和能量利用效率提升领域取得重要进展，相关研究成果以我校为第一单位，以“Simultaneously Generating Redox Mediator and Hybrid SEI for Lithium–oxygen Batteries by Lewis Acid Catalyzed Ring‐opening Reaction of Organic Iodine”为题，发表在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区Top期刊，IF=19）上。西南交通大学为论文第一单位，电气工程学院张晓平副教授、电子科技大学樊聪副教授、电气工程学院陈维荣教授和浙江大学陆俊教授为该论文通讯作者。

长期存在的充电过电位高、严重的锂负极腐蚀和活性氧所引发的电解液不稳定等问题限制了锂氧气电池的发展。虽然碘被认为是降低锂氧气电池充电过电位的有效氧化还原媒介体，但氧化态的I3−容易穿过隔膜到达锂负极表面，导致氧化还原媒介体不断消耗，降低电池的循环稳定性和能量效率。本研究提出将3-碘氧杂环丁烷（C3H5OI，IOD）引入到四乙二醇二甲醚（TEGDME）基电解液中，通过在锂负极表面构筑稳定SEI膜来抵御I3−的攻击。然而，IOD中的碘难以得到有效解离。针对上述问题，陈维荣教授/张晓平副教授团队引入强路易斯酸，氯化铝（AlCl3）作为解离碘离子（I−）和引发C3H5O+离子开环的催化剂。I−可以形成I3−/I−氧化还原对，而C3H5O+离子可以在亲核试剂的攻击下形成低聚物（图1）。同时，AlCl3可以在锂负极表面形成Al2O3和LiCl无机组分。添加LiI的电池在50次循环中极化速度较快，充电过电压急速上升。添加IOD/AlCl3的电池可以连续充放电150次，并且充电过电位相对较低（图2）。锂氧气电池电化学性能的提升表明，加入IOD/AlCl3后，锂负极表面原位形成的SEI膜可以有效抑制电池的副反应，减少碘的额外消耗，从而大幅提高电池的循环稳定性和可逆性。该研究为开拓AlCl3和其他强路易斯酸释放氧化还原媒介体并形成稳定SEI膜从而推动可充电锂金属电池，特别是锂氧气电池的发展，提供了新的研究思路。

图1. AlCl₃作用下IOD的开环反应示意图

图2. 添加IOD/AlCl₃的锂氧气电池的电化学性能

张晓平副教授主要从事新能源动力电池研究，包括锂氧气电池，固态锂金属电池研究，主持国家/省部级项目8项。以第一作者或通讯作者发表SCI论文13篇，包括Nature Communications，Angewandte Chemie International Edition，Advanced Functional Materials，Carbon Energy (IF:20.5)等。

电气工程学院陈维荣教授团队主持或主研国家自然科学基金、国家科技支撑计划、铁道部科技计划项目等国家、省部级科研项目及工程项目40多项，在IEEE Trans. on Power Systems、IEEE Trans. On Industrial Electronics、Electrical Power System Research等国内外重要学术刊物或国际会议上发表学术论文300余篇，申请、授权发明专利60余项，出版专著2部，参编教材3部。

该研究工作得到了国家自然科学基金、四川省自然科学基金、四川省博士后创新人才项目和中国科协青年人才托举工程的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202312723