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锂-空气电池又一重大突破!
2018/3/23 16:15:50


    锂-空气电池是一种用金属锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物的电池。理论上比能量是锂离子电池的10倍!
        与传统的金属空气电池相比,锂-空气电池具有更小的体积、更轻的重量、更高的工作电压、更高的比能特性,可以在一些需要高比能量,免维护的系统之中获得应用。因而锂- 空气电池在军事、野外、电动汽车、水上等领域都有广阔的应用前景。虽然目前锂- 空气电池仍然处于研发阶段,但被业界人士认为是未来电池的发展方向,有望在2030 年前后成为化学电池的主流方向



【最新突破】

近日,华中科技大学黄云辉教授和沈越副教授等人,引入了“碎凝胶化”策略来提高Li-O2电池单位面积容量和循环寿命。传统的具有液体电解质的Li-O2正极材料与高弹性交联聚合物凝胶化并切成50?200 μm颗粒。凝胶颗粒之间的间隙可以有效地将氧气引入正极的内部,使得Li2O2在厚的空气正极内部生长。同时,聚合物链的弹性有助于保持良好的碳和Li2O2纳米颗粒之间的接触,进而改善电子传导和循环性。没有任何催化剂的情况下,颗粒凝胶正极能够在 1000 mAh·gcarton-1的固定容量下,运行170次循环;或者在完全放电充电的11个循环期间,比容量一直保持高于10500 mAh·gcarton-1(或12.6 mAh·cm-2)。相比较与锂离子电池的单位面积容量(≈5.5 mA h·g-1), 凝胶颗粒空气正极具有明显的优势。

【论文导读】

图1 凝胶的内部结构示意图


(a)凝胶颗粒内部结构图;

(b)化学的交联的聚氨酯高分子生成反应。

图2 凝胶颗粒的物理化学性能

(a)大块凝胶的数码照片及其优异的弹性;

(b)交联聚氨酯凝胶电解质和常规PVDF-HFP凝胶电解质的应力-应变曲线。(三角形图显示了拉伸应力释放后样品的最终状态);

(c)不同压缩比下凝胶颗粒堆积体的电子电导率和离子电导率。

图3 凝胶颗粒正极的放电曲线密度


不同电流下,堆积颗粒状凝胶正极和块状凝胶正极的放电曲线。

图4 凝胶颗粒阴极的SEM图及过氧化锂分布有限元模拟图

(a)和(b)粒状凝胶正极不同部位的SEM图像;

(c)有限元模拟Li2O2在颗粒凝胶正极中的分布;

(d)和(e)块状凝胶正极不同部位的SEM图像;

(f)有限元模拟Li2O2在块状凝胶正极中的分布;。

图5 颗粒凝胶正极的定容循环测试

(a)颗粒凝胶正极的有限容量循环曲线;

(b)颗粒凝胶正极和常规液体电解质阴极电位的有限容量循环测试对比。

图6  颗粒凝胶正极的全放全充循环测试

(a)颗粒凝胶正极的完全放电-充电曲线;

(b)颗粒凝胶正极和传统液体电解质正极的完全放电-充电循环测试对比。

图7 不同空气阴极的平均容量和循环寿命对比图


不同空气正极在全放全充循环测试中的容量和寿命对比:Ru/CNT[29],RuO2纳米片[30],Ru/ITO[31],纳米孔Au[32],纳米TiC[33],RuO2/mBCN[34]

图8循环后正极电解液的1H-NMR谱

(a)全谱光谱,表明主要组成部分;

(b)和(c)不同化学位移范围的放大光谱,表明微量的副产物组分。(x轴放大10倍而y轴放大放大1000倍)

图9弹性聚合物链对Li2O2-碳接触的改善作用

弹性聚合物链对充放电过程中保持良好Li2O2-碳相互接触具有促进作用

文献来源:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518301344
碳管海绵来源:江苏先丰纳米材料科技有限公司

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