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锂空气电池有哪几种?

目前锂空气电池主要有有机水混合体系锂空气电池和固态体系锂空气电池这两大类,它们有各自的优势特点。

1、有机水混合体系锂空气电池

有机水混合体系锂空气电池

在有机水混合体系中,金属锂电极一侧为有机电解液,空气电极一侧为水相电解液。通过反应可知,放电反应的产物具有很好的溶解性,不存在电极堵塞的问题。对于有机-水混合锂-空气电池,其最关键的问题在于要完全消除金属锂与H。0、0。之间的反应,就是要寻找合适的有机相与水相的隔膜,该隔膜需要具有良好的室温Li*导通性,要能很好地阻止H_0与0。通过,对有机与水相电解液均具有极好的抗化学腐蚀性,此外还需具备高的机械强度。目前有机-水混合体系的相关研究工作主要使用超级锂离子导通玻璃膜(Lithium Super-Ionic Conductor Glass Film,简称LISICON)作为隔膜。

研究发现利用LISICON作为隔膜,将具有很高氧气扩散速率的多孔空气电极引入到有机-水混合体系中,发展出了Lil有机电解液|LISICON 膜|10mL 1mo1/L KOH|Mng0,为结构的锂空气电池,使用廉价的Mn304代替Pt作为催化剂,利用Mna0活性碳复合材料作为电池的空气电极,该电池可以连续放电500h,根据碳、胶粘剂以及催化剂的总重计算得空气电极的比容量达到50000mAh/g,是目前所有锂空气电池报道的最高值。对该体系,研究员还提出了通过回收LiOH溶液提炼金属锂,从而实现锂循环利用的理念。在0.5mA/cm2电流密度下,该电池的放电电压约为3.1V,充电电压约为3.8V,充放电电压差约为0.7V,远小于有机体系的平台电压差。最近研究发现利用金属Cu腐蚀的机制,通过Cu与Cu20之间的循环,来催化02还原反应。在含有空气的水溶液中,通常Cu将发生如下腐蚀反应:2Cu+0.502→Cu20,如果Cu表面生成的Cu20能够从外电路得到电子,Cu20又将被还原成Cu,反应为:Cu20+H20+2e-1→2Cu+202以上两反应的总反应即为:0.502+H20+2e-1-20H这就是02在Cu表面的电化学还原过程。该思路为锂电池、燃料电池以及金属腐蚀领域提供了一个新的研究方向。

2、固态体系锂空气电池

固态体系锂空气电池

固态电池一直是锂离子电池领域的一个研究热点。研究固态、可充电、长循环寿命的锂空气电池。该电池由金属锂作为负极,通过玻璃-陶瓷(GC)与聚合物-陶瓷材料碾压制备的高锂离子导通的固态电解液膜作为隔膜,高比表面积碳与离子导通的GC粉末混合所制备的固态复合材料为空气电极。GC固体电解液膜具有很好的锂离子电导率(30℃时大约为10-2S.ml)PC膜可以降低电池的阻抗,增强负极上的电荷传输能力,并且可以将负极与GC膜进行很好的电化学连接。利用A1箔包覆在金属锂的表面,一方面可以保护锂,同时可以保证电池的阻抗稳定。

充放电过程中,电池具有低的极化,其充、放电电压可逆性较好。通过进一步系统的研究,锂空气电池在实际应用时的比能量将可以超过1000Wh/kg。最近,利用氮掺杂的高比表面积碳作为固态锂空气电池的正极,电化学测试结果表明,其放电容量是未进行氮掺杂的碳所组装电池的两倍。

金属锂在循环过程中的枝晶问题一直制约着其实际使用。人造锂离子导通防护层的使用可以减少枝晶的形成,因此,高性能金属锂防护层的研发对于未来锂空气电池的实际应用至关重要。

循环性能、能量效率、空气过滤膜、高性能的LISICON膜、金属锂的防护是锂-空气电池体系的关键科学问题。以上这些问题的解决,将会推动锂空气电池走向实际的应用。

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