锂空气电池放电产物晶体结构搜索及结构演变的理论研究

发布时间：2021-07-18 09:50

　　锂-空气电池相比锂离子电池以及其他金属-空气电池而言,具有更高的能量密度,从而引发了研究者们广泛的关注。而锂-空气电池的性能与实际放电产物的结构、组成和物理化学特性密切相关,但这些放电产物远未得到很好的证实。因此,锂-空气电池阴极放电产物的组成成分也是这一领域中非常重要的科学问题。长期以来,人们通常认为锂-空气电池的阴极放电产物主要是Li₂O₂和Li₂O。然而,近年来有研究者对锂-空气电池放电产物的观察中发现其阴极放电产物可能不止含有Li₂O₂和Li₂O,还可能存在其他结构的锂氧化合物,比如通过理论计算而提出的Li₃O₄结构,这也为本文研究新的锂-空气电池阴极放电产物提供了参考。本文主要基于第一性原理及量子化学计算手段,依据密度泛函理论探索并给出了两种以往未知的锂-空气电池阴极放电产物Li₃O₂可能的晶胞候选结构。通过一系列对锂-空气电池阴极放电产物进行结构搜索和理论计... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

各种电池的实际比能量与现有的锂离子电池相比，金属-空气电池具有更高的比能量，因此可以说

湘潭大学2020届硕士学位论文4V)，相对比能量约为3500Wh·kg-1(基于Li2O2放电时)。当前社会上对储能的需求也使其超过了锂离子电池，并且锂-空气电池的发展极有可能导致能源大变革的可能性，这也使研究界深信其重要性。十年来，人们也进行了大量的研究，旨在更深入地了解化学和电化学基础，同时也为锂-空气电池的商业化奠定了基础[59-62]。1.2锂-空气电池的工作原理根据所用电解液的类型，锂-空气电池可分为四种类型：非水锂-空气电池，水性锂-空气电池，混合动力锂-空气电池和固态锂-空气电池，例如图1.2所示[63-65]。本节介绍常见的锂-空气电池的工作原理、重要发现和存在的挑战。图1.2四种类型的锂-空气电池的示意图结构：(a)非水锂-空气电池；(b)水性锂-空气电池；(c)混合动力锂-空气电池；(d)固态锂-空气电池1.2.1非水锂-空气电池如图1.2(a)所示为典型的非水锂-空气电池由锂金属电极，带有活性材料的多孔空气电极以及由锂盐在非质子传递溶剂中制成的电解质组成。为了防止锂金属电极和空气电极之间的内部短路，通常在它们之间使用多孔隔板(玻璃微纤维过滤器或丙烯膜)[66-71]。在早期，基于碳酸盐的电解质(例如碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯等)由于在锂离

湘潭大学2020届硕士学位论文24弛豫离子。而后，我们从输出文件中筛选出能量较低的50个结构，并对这些结构进行分析，我们发现，在任务(1)(3)(4)中，虽然我们最初的设想是想要通过限定参数使其最终得到属于正交晶系的晶胞，但是初始随机生成的单胞可能属于正交晶系这一具有较高对称性的结构，但经过弛豫之后，这些具有高对称性的结构未必可以完全保持原有晶系，我们观察到，有部分结构转变成了三斜晶系甚至单斜晶系这种对称性不是很好的结构。这里，我们首先对四次任务的前50号能量较低的候选结构进行筛选，并将各组的初末态所属空间群以及各结构的能量进行了统计，见图3.1和附表1。图3.1任务(1)前50个能量最低结构的空间群

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3289337