锂空气电池钴基空气电极的制备与性能研究
发布时间：2021-12-29 23:52
锂空气电池具有十倍于锂离子电池的理论容量,因此被认为是非常具有潜力的下一代动力电池。目前锂空气电池的研究主要还是停留在实验室阶段,这是因为锂空气电池在空气氛围中往往不能稳定循环,而且锂空气电池还存在着循环寿命短、过电位高、倍率性能差等缺陷。同时,由于锂空气电池是在开放体系下进行充放电过程的,电解液的挥发与氧气、水分透过造成的负极腐蚀也是需要解决的问题。锂空气电池充放电的过程发生在空气电极侧,即发生在正极的催化剂表面上。在放电过程,来自电解液中的锂离子与来自环境中的氧气在催化剂表面发生氧还原反应（ORR）,形成放电产物过氧化锂。而在相应的充电过程,过氧化锂在高电压下发生氧还原反应（OER）,生成的锂离子回到电解液,而生成的氧气回归到环境中。锂空气电池的充放电反应发生在正极催化剂上,故而正极催化剂是决定锂空气电池性能的最大因素之一,所以正极催化剂的研究在锂空气电池的性能研究中至关重要。锂空气电池的常用的正极催化剂包括碳材料、贵金属、过渡金属氧化物、MOF衍生物等。过渡金属氧化物由于售价相对低廉、稳定性好而且具有较好的OER、ORR活性,而被广泛使用于锂空气电池领域。其中四氧化三钴更是由于具...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种锂电池的理论容量与实际容量
第1章绪论-4-金属空气电池由于具有极高的比容量得到了电池厂商、学术界以及各国政府的关注。IBM公司是最早开发锂空气电池的公司之一，他们在2009年就提出了电池500项目（Batteries500Project），其含义是研发出能给电动汽车提供500英里行驶里程的锂空气电池，并投入市常丰田汽车公司也在2013年宣布与宝马汽车公司一同进行锂空气电池的研发，期望在2020年之前能制造出商业化的锂空气电池，并装载上电动汽车。1.2.2锂空气电池的基本结构和工作原理按照锂空气电池电解质不同区分，锂空气电池一共可以分为四类，分别是水系电解质锂空气电池，非水电解质体系（有机电解质体系）锂空气电池，水系-有机混合体系锂空气电池以及固体电解质体系锂空气电池。图1-2展示了不同类型锂空气电池的不同结构[14]。图1.2四种不同体系锂空气电池的结构示意图Fig1.2FourdifferentarchitectureofLi-Airbatteries使用水系电解质制备的锂空气电池是最早的锂空气电池，在1976年由Littauer等人提出[15]。当时的研究者沿用了常规一次电池的水系电解液，负极使用了锂片，
第1章绪论-6-应机理示意图如图[19]。研究发现，在使用低DN数的锂空气电池中，由于LiO2*没有被稳定，它非常快速就在空气电极表面与锂离子反应生成了结晶度不高的Li2O2薄膜，薄膜覆盖在空气电池上，减少了Li2O2的生长位点同时也阻碍了氧气的传输，影响电池反应的进一步进行，从而使得电池的容量降低。但是在使用高DN数的锂空气电池中，被稳定的LiO2可以相对缓慢的发生歧化反应生成Li2O2大颗粒，相对而言Li2O2大颗粒并不会很快就堵住空气电极的孔隙，反应继续进行，使用高DN数电解液的锂空气电池获得更大的比容量[20]。图1.3在不同电解液中锂空气电池放电产物生成机理模型Fig1.3Schematicillustrationofpossibledischargereactionsinvolvingoxygenradicalsindifferentelectrolytesystems.有机电解质体系的锂空气电池组装相对比较简单，故而现在大部分的锂空气电池都是基于有机电解质体系的。与水系电解质比较而言，有机电解质的优点十分显著，一是有机电解液体系的锂空气电池工作电压较高，能达到2.4~2.9V。二是在使用过程中，有机物能在与金属锂接触的相面上反应生成一层固体电解质界面膜（SEI），这能很好地阻止锂片与电解质的进一步反应，从而解决金属锂片腐蚀的问题。但是有机电解质体系也存在一些诸如放电产物不溶于电解液堵塞孔道，放电产物消耗电解液使电池容量衰减，副反应多，电解液有毒易挥发等缺点,在未来的研究中需要克服这些问题。近年来，研究者将水系锂空气电池与有机系锂空气电池的优点结合，研发出水系-有机混合体系锂空气电池[21]。混合系电池使用了两种电解液。水系锂空气电池的空气一侧不存在放电产物堆积的问题，所以混合体系锂空气电池的空气电极一侧使用了水系电解液。而金属锂负极一侧要避免水对锂片的腐蚀作用，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in electrocatalysts for non-aqueous Li-O2 batteries[J]. Wei Chen,Ya-Feng Gong,Jie-Hua Liu. Chinese Chemical Letters. 2017(04)
[2]我国新能源产业发展战略研究[J]. 闫强,王安建,王高尚,于汶加. 商业时代. 2009(26)
本文编号：3557074
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种锂电池的理论容量与实际容量
第1章绪论-4-金属空气电池由于具有极高的比容量得到了电池厂商、学术界以及各国政府的关注。IBM公司是最早开发锂空气电池的公司之一，他们在2009年就提出了电池500项目（Batteries500Project），其含义是研发出能给电动汽车提供500英里行驶里程的锂空气电池，并投入市常丰田汽车公司也在2013年宣布与宝马汽车公司一同进行锂空气电池的研发，期望在2020年之前能制造出商业化的锂空气电池，并装载上电动汽车。1.2.2锂空气电池的基本结构和工作原理按照锂空气电池电解质不同区分，锂空气电池一共可以分为四类，分别是水系电解质锂空气电池，非水电解质体系（有机电解质体系）锂空气电池，水系-有机混合体系锂空气电池以及固体电解质体系锂空气电池。图1-2展示了不同类型锂空气电池的不同结构[14]。图1.2四种不同体系锂空气电池的结构示意图Fig1.2FourdifferentarchitectureofLi-Airbatteries使用水系电解质制备的锂空气电池是最早的锂空气电池，在1976年由Littauer等人提出[15]。当时的研究者沿用了常规一次电池的水系电解液，负极使用了锂片，
第1章绪论-6-应机理示意图如图[19]。研究发现，在使用低DN数的锂空气电池中，由于LiO2*没有被稳定，它非常快速就在空气电极表面与锂离子反应生成了结晶度不高的Li2O2薄膜，薄膜覆盖在空气电池上，减少了Li2O2的生长位点同时也阻碍了氧气的传输，影响电池反应的进一步进行，从而使得电池的容量降低。但是在使用高DN数的锂空气电池中，被稳定的LiO2可以相对缓慢的发生歧化反应生成Li2O2大颗粒，相对而言Li2O2大颗粒并不会很快就堵住空气电极的孔隙，反应继续进行，使用高DN数电解液的锂空气电池获得更大的比容量[20]。图1.3在不同电解液中锂空气电池放电产物生成机理模型Fig1.3Schematicillustrationofpossibledischargereactionsinvolvingoxygenradicalsindifferentelectrolytesystems.有机电解质体系的锂空气电池组装相对比较简单，故而现在大部分的锂空气电池都是基于有机电解质体系的。与水系电解质比较而言，有机电解质的优点十分显著，一是有机电解液体系的锂空气电池工作电压较高，能达到2.4~2.9V。二是在使用过程中，有机物能在与金属锂接触的相面上反应生成一层固体电解质界面膜（SEI），这能很好地阻止锂片与电解质的进一步反应，从而解决金属锂片腐蚀的问题。但是有机电解质体系也存在一些诸如放电产物不溶于电解液堵塞孔道，放电产物消耗电解液使电池容量衰减，副反应多，电解液有毒易挥发等缺点,在未来的研究中需要克服这些问题。近年来，研究者将水系锂空气电池与有机系锂空气电池的优点结合，研发出水系-有机混合体系锂空气电池[21]。混合系电池使用了两种电解液。水系锂空气电池的空气一侧不存在放电产物堆积的问题，所以混合体系锂空气电池的空气电极一侧使用了水系电解液。而金属锂负极一侧要避免水对锂片的腐蚀作用，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in electrocatalysts for non-aqueous Li-O2 batteries[J]. Wei Chen,Ya-Feng Gong,Jie-Hua Liu. Chinese Chemical Letters. 2017(04)
[2]我国新能源产业发展战略研究[J]. 闫强,王安建,王高尚,于汶加. 商业时代. 2009(26)
本文编号：3557074
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