高飞-胡望宇团队在锂-碘二次电池负极腐蚀机制研究方面取得进展

可充电锂-碘电池因其较低的生产成本成为有应用前景的下一代储能器件之一。同锂-硫/硒电化学储能体系一样，锂-碘电池也面临着“穿梭效应”带来的金属锂负极腐蚀和比容量下降等难题。

近日，高飞教授和胡望宇教授领衔的先进能源材料模拟研究中心在《Journal of Materials Chemistry A》上发表了题为“An Ab-initio Study for Probing Iodization Reactions on Metallic Anode Surfaces of Li–I₂ Batteries”的文章。本工作以密度泛函理论和第一性原理分子动力学等手段研究了金属锂表面生成碘化锂的动力学过程，并指出硝酸锂可作为抑制锂表面碘化腐蚀的保护剂。分子动力学模拟表明，硝酸锂分子在金属锂表面将优先于I₂分子发生解离和渗透，形成致密的氮氧化物保护膜，阻断I₂与金属锂的直接接触。本工作的详细内容请参考http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2018/ta/c8ta00356d。此工作的第一作者是刘智骁助理教授，通讯作者是邓辉球教授。这也是刘智骁2017年8月加入湖南大学以来在锂-碘电池领域发表的第二篇文章。

此前，刘智骁助理教授与物电院马建民副教授合作在《Energy Storage Materials》（2018年3月即时影响因子13.9）上发表了文章“Robust Pseudo-capacitive Li-I₂ Battery Enabled by Catalytic, Adsorptive N-doped Graphene Interlayer”。该工作以理论预测和实验验证相结合的研究方法，提出了优化锂-碘电池充放电性能的新手段（详见https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718300448）。刘智骁助理教授是此文的通信作者之一。 

图1 分子动力学模拟I₂腐蚀金属锂表面的动力学过程。I₂分子与表面锂原子反应生成LiI膜，LiI膜因与金属锂基底结合能力较弱而极易发生剥落，造成活性材料损失。

图2 LiNO₃解离后生成的氮氧化物可将LiI固定在负极表面。