高能量密度鋰-空氣電池技術

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高能量密度鋰-空氣電池技術

鋰離子電池已被廣泛應用在小型電子設備和大型電力系統，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正在集中研究具有較高能量密度的新電池系統，如鋰-空氣電池。介紹了鋰-空氣電池技術，重點研究了鋰金屬陽極、陰極、電解質和催化劑等。

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-空氣電池陰極反應提供大部分能量，因為大多數的細胞壓降發生在空氣陰極。非水系鋰-空氣電池能量遠遠低于理論值，因為其在放電終止之前多孔結構中充滿了過多的氧化鋰或過氧化物。因此，有必要優化碳電極的多孔結構。

介紹了不同類型的催化劑，如金屬氧化物和復合基催化劑，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，其含有MnO2而表現出良好的抗氧化、抗堵塞性能。

目前，大多數疏質子鋰-空氣電池在純氧氣環境下工作，環境氧氣帶有水分，這可能會降低非水電解質和鋰金屬陽極。因此，該種電池與當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。

新型電解質應具有低粘度、低揮發性、疏水性、高氧溶解度和擴散兼容、化學穩定性等特性，充電過程中不會釋放CO2。因此，尋求新的電解質體系是鋰-空氣電池發展中所面臨的新挑戰。

鋰金屬作陽極相關聯的主要問題是枝晶的形成。該枝晶形成是異質的，會導致電池短路和循環性能差，但這可通過鋰陽極表面穩定的固體電解質來抑制。因此，采用一種新的固體聚合物電解質可防止枝晶的形成。

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