电化学储能

• 储能技术在解决能源危机和气候变化问题中发挥着重要作用，其对于促进清洁能源发展、解决可再生能源的间歇性问题、调节电网供需关系以及降低企业能源成本等方面都提供了有力支撑。电化学储能由于其能量密度高、响应速度快、无地域限制、经济性逐步提高等优点，成为先进储能技术的重要力量。

  近年来，以锂电池为代表的电化学储能技术得到了长足的发展，已经在移动设备、电动汽车和能源存储等领域取得了巨大的成功。然而，随着科技的不断进步和社会的不断发展，对锂电池技术提出了越来越高的要求和新的挑战，主要包括高能量密度、高功率密度、高安全性、长寿命、极端环境适应和低成本等几大方面的发展需求。

  1）电解质与电极的界面电–化学–热–机械稳定性是决定锂离子/固态电池性能的关键因素，采用密度泛函理论及分子动力学方法，从微观尺度明晰了碳纳米管正极表面的反应和钝化机理以及电池的退化机制，为正极材料的改性设计和结构优化奠定了理论基础。

  

  图1 Li₂O₂在掺杂N元素碳纳米管正极表面的生成机理

         2）针对非水锂空气电池的传质效率及放电性能，采用格子Boltzmann方法，建立了纳米和微米尺度下锂空气电池正极物质扩散过程和放电过程的多尺度多物理场耦合模型，研究了电极材料分布和部分电解液参数对放电性能的影响，分析了非水锂空气电池内物质输运特性以及放电过程终止的机理，提出了设有微通道的新型正极结构，通过模拟分析其输运特性和放电性能，并验证了可行性。

  

  图2 锂空气电池正极多尺度多场耦合模型及放电特性模拟结果

  相关成果：

  1）主持中央高效基本科研业务费项目2项，参与国家自然科学基金项目2项（负责人：刘训良）；

  2）在The Journal of Physical Chemistry Letters、Applied Surface Science、ACS Applied Energy Materials、Electrochimica Acta、The Journal of Physical Chemistry C等领域权威期刊上发表论文10余篇。