固态锂—空气电池的设计、制备与性能研究
发布时间：2021-01-18 03:02
近十年来,锂-空气电池由于其极高的理论能量密度受到世界范围的关注与研究。该电池正极活性物质为氧气,可以从空气中获得,故而电池更轻更廉价。因为这些优势,锂-空气电池被认为是极具前景的下一代能源存储装置。除了这些优势,锂-空气电池仍然面临许多挑战。其中最大一个挑战来源于有机液态电解液的使用。有机电解液可能会导致挥发、泄漏、燃烧和爆炸事故。另外,因为使用锂金属负极,锂枝晶会持续生成并刺破电解液层,引起短路事故。特别的,对于锂-空气电池而言,该体系正极设计为开孔结构以吸纳活性物质氧气。如果在空气中使用的话,二氧化碳和水会渗入电解液并迁移与锂负极反应,严重危害电池性能。为了解决这些问题,用无机固态电解质替换有机液态电解液是一种不错的方法。然而,全固态锂-空气电池仍处于开始发展阶段。各种关键的科学技术问题需要解决。其中之一是缺乏性能优异的固态电解质。其次,较高的充放电过电位也会导致低的能量转换效率以及差的循环寿命,这就要求科学家研发更加高效的催化剂。另外,固态电解质和锂负极的界面接触问题也需要解决。为了处理上述的问题,本文在本工作中投入大量的时间和精力。本工作主要创新点可以归纳如下:1、基于SWC...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２不同固态电解质晶体结构图，（ａ）钙钬矿型、（ｂ）ＮＡＳＩＣＯＮ型、（ｃ）石榴石型以及??（ｄ）硫代－ＬＩＳＩＣＯＮ?型［３８］
展起到重要的推进作用。??１．３锂－空气电池的工作原理??通常，锂－空气电池根据使用的电解质（液）可以分成三大类，如图１－３所??示，分别为：（ａ）、质子惰性的有机电解液体系；（ｂ）、组合（水系电解液－无机固??态电解质－有机电解液）电解液体系；（ｃ）、全固态电解质体系。因为锂－空气电池，??或者严格地说锂－氧气电池研究热点集中在有机电解液体系，所以本小节内容会??先分析有机电解液锂－空气电池发展现状，进一步延伸到组合电解液体系，最后??阐述本论文研究重点全固态锂－空气电池。??ａ?ｂ?ＭＩＸＥＤ?ＡＱＵＥＯＵＳ／ＡＰＲＯＴＩＣ?￡?ＳＯＬＩＤ?ＳＴＡＴＥ??ＡＰＲＯＴ１Ｃ?＿？?资??????ｎｒ？??――陬０，一一——??＾?？???ｓｇ??ｌｙ．？ｆＳ?ｉｊ＿鄉?蘆遞??ａ．?ｃａｔｈｏｄｅ?ＡｉｒＣａｒｔｏｄｅ?Ｊ?Ａ？?〇ｉ？Ｎ？ｄ？－——?ｉ??图１－３三种体系锂－氧气电池的示意图：（ａ）质子惰性的有机电解液型；（ｂ）有机－水组合电解??液型；（ｃ）全固态电解质型［１１］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｔｈｒｅｅ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?Ｌｉ－Ａｉｒ／〇２?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ：?ａ．?Ａｐｒｏｔｉｃ；?ｂ．?Ｈｙｂｒｉｄ??ａｑｕｅｏｕｓ／ｎｏｎ－ａｑｕｅｏｕｓ；?ｃ．?Ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ?［１１］．??这三种体系锂－空气电池虽然使用的电解液（质）类型不同，但是都是使用锂??片作为负极，氧气作为正极活性物质。在电池放电阶段，锂金属失去电子变成锂??离子进入电解液（屑）中
Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ—ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?［７］．??在此基础上，Ｚｈｏｕ等［７，８５－８９］提出并设计了液流型锂－氧气电池，其结构如??图１－７所示。与复合型电解液体系锂－空气电池类似，该类型锂－氧气电池也是由??有机电解液与锂负极接触，有机电解液与水系电解液由无机固态电解质隔开，不??同的是其正极水溶液中含有氧化还原电对，并由泵抽动使其流动。该电池的正负??极电化学反应分别为：??负极反应：ｎＬｉ－－ｄｌｓｃｈ＾ｅ?＞ｎＬ＼＋ｎｔ?（１－１１）??正极反应：ＮＴ｜ａｑ＞?＋?ｎｅ－－峙―＞Ｍ（ｚ＇ａｑ）?（１－１２）??综上所述，这种复合型固态电解液型锂－氧气电池可以有效地保护锂负极，??避免放电产物阻塞空气正极。目前最显著的问题是无机固态电解质需要在水系??电解液中保持穗定，否则其分解生成的副产物会损耗电池的寿命。另一方面，??无机固态电解质的锂离子电导率有限，锂离子电导率较高的硫系电解液吸水性??很严重，无法用于复合型固态电解液。进一步开发高离子电导以及高稳定性的??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Li-CO2电池机理、催化剂和性能研究进展（英文）[J]. 李翔,杨思勰,冯宁宁,何平,周豪慎. 催化学报. 2016(07)
[2]基于有机和组合电解液的锂空气电池研究进展[J]. 童圣富,何平,张雪苹,赵世勇,周豪慎. 电化学. 2015(03)
本文编号：2984139
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２不同固态电解质晶体结构图，（ａ）钙钬矿型、（ｂ）ＮＡＳＩＣＯＮ型、（ｃ）石榴石型以及??（ｄ）硫代－ＬＩＳＩＣＯＮ?型［３８］
展起到重要的推进作用。??１．３锂－空气电池的工作原理??通常，锂－空气电池根据使用的电解质（液）可以分成三大类，如图１－３所??示，分别为：（ａ）、质子惰性的有机电解液体系；（ｂ）、组合（水系电解液－无机固??态电解质－有机电解液）电解液体系；（ｃ）、全固态电解质体系。因为锂－空气电池，??或者严格地说锂－氧气电池研究热点集中在有机电解液体系，所以本小节内容会??先分析有机电解液锂－空气电池发展现状，进一步延伸到组合电解液体系，最后??阐述本论文研究重点全固态锂－空气电池。??ａ?ｂ?ＭＩＸＥＤ?ＡＱＵＥＯＵＳ／ＡＰＲＯＴＩＣ?￡?ＳＯＬＩＤ?ＳＴＡＴＥ??ＡＰＲＯＴ１Ｃ?＿？?资??????ｎｒ？??――陬０，一一——??＾?？???ｓｇ??ｌｙ．？ｆＳ?ｉｊ＿鄉?蘆遞??ａ．?ｃａｔｈｏｄｅ?ＡｉｒＣａｒｔｏｄｅ?Ｊ?Ａ？?〇ｉ？Ｎ？ｄ？－——?ｉ??图１－３三种体系锂－氧气电池的示意图：（ａ）质子惰性的有机电解液型；（ｂ）有机－水组合电解??液型；（ｃ）全固态电解质型［１１］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｔｈｒｅｅ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?Ｌｉ－Ａｉｒ／〇２?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ：?ａ．?Ａｐｒｏｔｉｃ；?ｂ．?Ｈｙｂｒｉｄ??ａｑｕｅｏｕｓ／ｎｏｎ－ａｑｕｅｏｕｓ；?ｃ．?Ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ?［１１］．??这三种体系锂－空气电池虽然使用的电解液（质）类型不同，但是都是使用锂??片作为负极，氧气作为正极活性物质。在电池放电阶段，锂金属失去电子变成锂??离子进入电解液（屑）中
Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ—ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?［７］．??在此基础上，Ｚｈｏｕ等［７，８５－８９］提出并设计了液流型锂－氧气电池，其结构如??图１－７所示。与复合型电解液体系锂－空气电池类似，该类型锂－氧气电池也是由??有机电解液与锂负极接触，有机电解液与水系电解液由无机固态电解质隔开，不??同的是其正极水溶液中含有氧化还原电对，并由泵抽动使其流动。该电池的正负??极电化学反应分别为：??负极反应：ｎＬｉ－－ｄｌｓｃｈ＾ｅ?＞ｎＬ＼＋ｎｔ?（１－１１）??正极反应：ＮＴ｜ａｑ＞?＋?ｎｅ－－峙―＞Ｍ（ｚ＇ａｑ）?（１－１２）??综上所述，这种复合型固态电解液型锂－氧气电池可以有效地保护锂负极，??避免放电产物阻塞空气正极。目前最显著的问题是无机固态电解质需要在水系??电解液中保持穗定，否则其分解生成的副产物会损耗电池的寿命。另一方面，??无机固态电解质的锂离子电导率有限，锂离子电导率较高的硫系电解液吸水性??很严重，无法用于复合型固态电解液。进一步开发高离子电导以及高稳定性的??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Li-CO2电池机理、催化剂和性能研究进展（英文）[J]. 李翔,杨思勰,冯宁宁,何平,周豪慎. 催化学报. 2016(07)
[2]基于有机和组合电解液的锂空气电池研究进展[J]. 童圣富,何平,张雪苹,赵世勇,周豪慎. 电化学. 2015(03)
本文编号：2984139
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2984139.html
