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锂空气电池的种类有哪些?

来源:宝鄂实业    2019-12-09 18:16    点击量:

锂空气电池可以分成六类:有机体系、水体系、离子液体体系、有机-水双电解质体系、全固态体系和锂-空气-超级电容电池。

 

  1.1水系锂空气电池

 

  水系电解质锂空气电池,电解质是不同酸碱度的各种水溶液,在酸性和碱性不同的电解质中,电池发生的化学反应也不同。

 

  由于金属锂能与水发生剧烈氧化还原反应,故需要在金属锂表面包覆一层对水稳定的锂离子导通膜,即NASICON型的超级锂离子导通膜(LTAP)Li3M2(PO)4。但它与锂接触并不稳定,反应产物会使二者的界面阻抗增大。

 

  水系锂空气电池的概念提出得较早,它不存在有机体系中空气电极反应产物堵塞空气电极的问题,但在锂负极保护上还没有得到较好的解决,包括LTAP在水溶液中的稳定性问题,这都仍然作为该体系研究的方向。

 

  锂金属在水系电解质中腐蚀严重,自放电率特别高,使得电池循环性和库伦效率都非常低。

 

  1.2有机系锂空气电池

 

  该体系采用金属锂片作为负极,氧气做正极,聚丙烯腈(PAN)基聚合物作为电解质(溶剂PC、EC),开路电压(OCV)在3V左右,比能量(不计入电池外壳)为250—350Wh/kg。这个数据,拿到当前看,比较高,但与锂单质的理论极限相比,低太多。

 

  由于使用有机溶剂作为电解液,解决了金属锂的腐蚀问题,该电池展现了良好充放电性能。空气电极由碳、粘结剂、非碳类催化剂、溶剂混合均匀后涂覆在金属网上制成。制备好的空气电极应具备良好的电子导电性(>1S/cm)、离子导电性(>10~2S/cm)和氧气扩散系数。对电池性能影响最明显的因素是空气电极的电极材料、氧气还原机理以及相应的动力学参数。

 

  上述反应产物中,只有过氧化锂Li2O2的反应是可逆的,也就是说,研究者需要尽力提高反应中过氧化锂的比例,而降低氧化锂的比例,才能实现锂空气电池的循环充放能力。而具体决定产物类型的因素,没有统一意见。有的认为空气电极的极化水平影响过氧化物的比例,有的认为催化剂影响比较大,也有的认为电解质材质在发挥主要作用。

 

  1。3水-有机双液体系锂空气电池

 

  水-有机双液体系锂空气电池的基本形式,电池中负极金属锂处于有机电解液中,正极空气电极一侧电解液为KOH水溶液,中间以超级锂离子导通玻璃膜(lithiumsuper-ionicconductorglassfilm,LISICON)隔开。这种新构型锂空气电池的新颖之处在于不用担心有机体系中空气电极反应产物堵塞电极微孔的问题,水相中的氧气在空气电极上还原成可溶于水的LiOH。

 

  技术中的关键部件隔膜,耐碱性差,并且电阻与放电电流密度有关,是这个技术路线中不理想的难点。

 

  1。4全固态锂空气电池

 

  全固态锂空气电池,中间的电解质由3部分组成,最中间一层比例最大的是耐水性很好的玻璃陶瓷,靠近锂负极和氧气正极分别是两个薄层的不同的高分子材质。全固态锂空气电池不存在漏液问题,安全性有所提高,但固态电解质与锂负极、空气电极、包括固态电解质内部的接触,不会像液体电解质那样紧密,这就可能造成电池内阻增大。相对有机体系锂空气电池,该体系构造也较复杂。

 

  固态锂空气电池的发展经历了工作温度由高温到中温和室温,电池结构从复杂到简单,

 

  电池反应从基于氧离子传输,在负极生成放电产物;到基于锂离子传输在正极生产放电产物的过程。尽管如此,由于倍率性能上的巨大差距,目前基于锂离子传输的固态锂空气电池有待在电池结构、界面调控、充放电机理等方面取得更进一步的突破。

 

  1.5离子液体体系锂空气电池

 

  什么是离子液体,有机阳离子和阴离子共同组成的盐溶液。目的是利用电解质中的阳离子在锂负极和氧正极之间传递电荷。

 

  离子液体因具有低可燃性、疏水性、低蒸气压、宽电化学窗口和高热稳定性而被引入到锂空气电池中,但其黏度高、价格较高,在一定程度上限制了离子液体的进一步应用。

 

 
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