高能量密度鋰-空氣電池技術(shù)

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高能量密度鋰-空氣電池技術(shù)

鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用在小型電子設(shè)備和大型電力系統(tǒng)，如混合動力電動汽車或電動汽車。然而，鋰離子電池由于沒有足夠的能量密度而不能滿足電動汽車或混合動力汽車的市場需求，因此許多廠商和科研機構(gòu)正在集中研究具有較高能量密度的新電池系統(tǒng)，如鋰-空氣電池。介紹了鋰-空氣電池技術(shù)，重點研究了鋰金屬陽極、陰極、電解質(zhì)和催化劑等。

介紹了各種類型的空氣陰極，如基于碳、碳納米管基的陰極和空氣陰極等。鋰-空氣電池陰極反應(yīng)提供大部分能量，因為大多數(shù)的細(xì)胞壓降發(fā)生在空氣陰極。非水系鋰-空氣電池能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值，因為其在放電終止之前多孔結(jié)構(gòu)中充滿了過多的氧化鋰或過氧化物。因此，有必要優(yōu)化碳電極的多孔結(jié)構(gòu)。

介紹了不同類型的催化劑，如金屬氧化物和復(fù)合基催化劑，碳和石墨烯基催化劑以及貴金屬合金系催化劑。催化劑能顯著促進陰極反應(yīng)，其含有MnO2而表現(xiàn)出良好的抗氧化、抗堵塞性能。

目前，大多數(shù)疏質(zhì)子鋰-空氣電池在純氧氣環(huán)境下工作，環(huán)境氧氣帶有水分，這可能會降低非水電解質(zhì)和鋰金屬陽極。因此，該種電池與當(dāng)前的鋰離子電池相比，其具有較短的生命周期。由于從空氣中很難分離氧氣，因此聚四氟層膜只能減緩水進入。

新型電解質(zhì)應(yīng)具有低粘度、低揮發(fā)性、疏水性、高氧溶解度和擴散兼容、化學(xué)穩(wěn)定性等特性，充電過程中不會釋放CO2。因此，尋求新的電解質(zhì)體系是鋰-空氣電池發(fā)展中所面臨的新挑戰(zhàn)。

鋰金屬作陽極相關(guān)聯(lián)的主要問題是枝晶的形成。該枝晶形成是異質(zhì)的，會導(dǎo)致電池短路和循環(huán)性能差，但這可通過鋰陽極表面穩(wěn)定的固體電解質(zhì)來抑制。因此，采用一種新的固體聚合物電解質(zhì)可防止枝晶的形成。

刊名：Journal of Applied Electrochemistry（英）

刊期：2014年第1期

作者：Md. Arafat Rahman et al

編譯：王迪