基于两相电解液界面浸润性调控的锂氧电池体系的构建及其性能研究
发布时间：2021-01-10 19:13
新能源汽车的核心是动力电池,而目前商用锂离子电池能量密度低(200 Wh kg-1),续航里程短,是新能源汽车发展的主要障碍。因此迫切需要发展基于新原理和新技术的长续航时间动力电池。锂氧电池具有超高理论能量密度(3500 Wh kg-1),是极具发展潜力的长续航动力电池。然而,目前锂氧电池的应用仍然面临着诸多问题,其中,实际能量密度低和锂负极循环稳定性差,是制约锂氧电池应用的关键技术瓶颈之一。造成上述问题的原因较多,其中:（1）固体催化剂表面吸附态超氧化物中间体诱导产生膜状放电产物,导致电池放电提前终止,电池容量难以提高;（2）电解液组分与高化学活性锂负极充分浸润并发生副反应,例如高给体（DN）值的溶剂、空气中的H2O、CO2、以及促进空气电极界面反应速率的氧化还原介体等副反应因子,会从空气正极向锂负极扩散,引发锂负极的化学腐蚀,进而导致锂氧电池能量转换效率低和循环稳定性差。针对上述两个问题,受自然界辅酶独特性质启发,我们提出了一种以功能蒽醌分子作为“辅酶...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
当前部分二次电池的实际比能量及其预计的续航里程和电池成本
E. L. Littauer 等首次提出了锂氧电池的概念。该类电池以金属 Li 作为，O2作为正极，电解液是水溶液，由于金属锂能与水发生剧烈氧化还原化学反应，要在金属锂表面覆盖一层对水稳定的锂离子传导隔膜，电池的结构如图 1-2a 所示。锂氧电池的反应机理如下：性溶液：4Li + O2+ 2H2O→4LiOH (1性溶液：4Li + O2+ 4H+→4LiOH + 2H2O (1水系锂氧电池充放电时，正极氧还原和析氧反应是四电子转移反应，其放电产物iOH 或 H2O（式 1-1，1-2），放电产物分解电位较高；同时由于金属锂负极氧化还原低（-3.04 V vs RHE），还原能力极强，造成其与水溶液反应容易，进而导致锂金属重化学腐蚀和电池自放电率特别高，并使电池存在严重的安全隐患。在水系锂氧电引入锂离子传导隔膜，可以有效解决上述问题，但是现有隔膜本身锂离子传输速率与锂金属发生化学反应，导致隔膜锂离子传输速率低，造成电池极化严重，大大限水体系锂氧电池的发展和应用。
多孔结构也可容纳较多的放电产物，最终，电池的比能量达到 250-350 Wh kg-构电池放电后氧电极放电产物进行拉曼分析，结果表明放电产物为 Li2O2。其程的正极电化学反应为：时：2Li++ O2+ e-→Li2O2时：Li2O2→Li++ O2+ e-详细的充放电过程如图 1.3 所示[11]，该电池以 Li2O2为放电产物，总的化学反为：2 Li++ O2 Li2O2（Eocv= 2.96 V vs Li+/Li）。电池放电时，负极的金属锂被i+同时会释放出电子（Li Li++ e-），电子通过外电路迁移到正极，Li+通过电解正极，O2在正极与电子、Li+反应生成 Li2O2（式 1-3）；电池充电时，Li2O2发生成 Li+、O2并释放电子（式 1-4）。随后，在有机系锂氧电池中，Li2O2可逆的解得到了证实[12]。然而，目前有机体系锂氧电池在发展的过程中仍然存在着许主要包括充电时电解液的分解、充放电反应之间极化电压较大，以及超氧化物副反应因子对锂金属的腐蚀等[13]。
本文编号：2969258
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
当前部分二次电池的实际比能量及其预计的续航里程和电池成本
E. L. Littauer 等首次提出了锂氧电池的概念。该类电池以金属 Li 作为，O2作为正极，电解液是水溶液，由于金属锂能与水发生剧烈氧化还原化学反应，要在金属锂表面覆盖一层对水稳定的锂离子传导隔膜，电池的结构如图 1-2a 所示。锂氧电池的反应机理如下：性溶液：4Li + O2+ 2H2O→4LiOH (1性溶液：4Li + O2+ 4H+→4LiOH + 2H2O (1水系锂氧电池充放电时，正极氧还原和析氧反应是四电子转移反应，其放电产物iOH 或 H2O（式 1-1，1-2），放电产物分解电位较高；同时由于金属锂负极氧化还原低（-3.04 V vs RHE），还原能力极强，造成其与水溶液反应容易，进而导致锂金属重化学腐蚀和电池自放电率特别高，并使电池存在严重的安全隐患。在水系锂氧电引入锂离子传导隔膜，可以有效解决上述问题，但是现有隔膜本身锂离子传输速率与锂金属发生化学反应，导致隔膜锂离子传输速率低，造成电池极化严重，大大限水体系锂氧电池的发展和应用。
多孔结构也可容纳较多的放电产物，最终，电池的比能量达到 250-350 Wh kg-构电池放电后氧电极放电产物进行拉曼分析，结果表明放电产物为 Li2O2。其程的正极电化学反应为：时：2Li++ O2+ e-→Li2O2时：Li2O2→Li++ O2+ e-详细的充放电过程如图 1.3 所示[11]，该电池以 Li2O2为放电产物，总的化学反为：2 Li++ O2 Li2O2（Eocv= 2.96 V vs Li+/Li）。电池放电时，负极的金属锂被i+同时会释放出电子（Li Li++ e-），电子通过外电路迁移到正极，Li+通过电解正极，O2在正极与电子、Li+反应生成 Li2O2（式 1-3）；电池充电时，Li2O2发生成 Li+、O2并释放电子（式 1-4）。随后，在有机系锂氧电池中，Li2O2可逆的解得到了证实[12]。然而，目前有机体系锂氧电池在发展的过程中仍然存在着许主要包括充电时电解液的分解、充放电反应之间极化电压较大，以及超氧化物副反应因子对锂金属的腐蚀等[13]。
本文编号：2969258
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