伊利诺伊大学锂空气电池技术研究获新进展

2018-03-29 08:52:05      来源:锂电网      编辑:马昆秀      人气:

锂空气电池是一种用锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。

  锂空气电池是一种用锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。

伊利诺伊大学锂空气电池技术研究获新突破

  由于其理论比能量高,锂空气电池被认为是锂离子电池的潜在替代品。然而,迄今为止,这样的系统主要限于纯氧环境,并且由于涉及阴极、阳极和电解质的副反应而具有有限的循环寿命。在存在N2,CO2和水蒸气的情况下,这些副反应可能变得更加复杂。此外,由于需要储存O2,锂-氧体系的体积能量密度对于实际应用而言可能太小。

  【成果简介】

  近日,在伊利诺伊大学芝加哥分校Amin Salehi-Khojin教授和阿贡国家实验室Larry A. Curtiss教授(共同通讯作者)的团队带领下,与伊利诺伊理工大学和加利福尼亚州立大学合作,采用了两种策略来限制在含有代表性量的O2,N2,CO2和H2O的模拟空气氛围中的锂-氧电池中的副反应。首先,团队开发了Li2CO3/C涂层锂阳极仅允许锂阳离子通过,从而保护阳极免受模拟空气的成分影响。其次,基于先前报道的二硫化钼纳米薄片构建阴极,并使用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIM-BF4)和二甲基亚砜(DMSO)的混合物作为电解质。该系统的组件一起运行,以防止在CO2和H2O存在下形成副产物。在模拟空气环境中作为锂空气电池工作,循环寿命长达700次。相关成果以题为“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere”发表在了Nature上。

  【图文导读】

图1 锂空气电池系统中阳极的特性表征

伊利诺伊大学锂空气电池技术研究获新突破

图2 锂空气电池系统中阴极的性能表征

伊利诺伊大学锂空气电池技术研究获新突破

图3 阴极充放电产物的微观表征

伊利诺伊大学锂空气电池技术研究获新突破

图4 锂-空气电池的阳极,阴极和电解质的计算研究

伊利诺伊大学锂空气电池技术研究获新突破

  【小结】

  根据表征和计算研究表明,受保护的锂阳极,电解质混合物和高性能空气阴极一起协同工作,在模拟空气条件下提供循环寿命长的锂-氧电池。这种设计的新架构锂空气电池的能量密度比目前锂离子电池的高得多,在该领域是有前途的一步。

  文献:A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere(Nature,2018,DOI:10.1038/nature25984)

延伸阅读

  • 瑞士研发出世界上首个基于甲酸的燃料电池 2018-03-23 09:43

    在环保能源发展中,将氢气作为燃料是一个重点方向。氢气燃烧时不会产生污染物,环保性能优异,因此过去已研发出氢燃料电池等设备。但问题是氢气的体积能量密度非常低,要产生可实用的能量

  • 墨尔本理工大学开发的新型“质子”电池解读 2018-03-23 09:26

    如果我们稍微注意一下化学元素周期表我们就可以看到,在Li的上方还有一个更轻的元素——H元素。H元素是自然界中最轻,也是全宇宙中最为普遍的元素(不考虑H的同位素)。

  • 瑞士研究人员研发出世界上首个基于甲酸的燃料电池 2018-03-22 12:26

    甲酸可以由氢气和二氧化碳反应生成,也可通过化学反应让其释放出氢气,1升甲酸可生成590升氢气。甲酸在正常条件下呈液态,易于储存、运输和处理,且全球产量持续稳定

  • 核桃状多核壳结构负极材料 表现优异的电化学性能 2018-03-22 09:56

    最近,南京大学的金钟教授课题组设计了一种简便的两步方法(图1),合成了MnO颗粒填充的氮掺杂碳纳米胶囊(MnO@NC)材料,该材料呈现出核桃状多核壳结构,不仅提供了良好导电性和较短的离子扩散路径

  • 浅谈锂离子电池在热失控中的热量来源 2018-03-22 09:08

    虽然针对锂离子电池材料的热稳定的研究很多,但是针对全电池热稳定性的研究却并不多,近日清华大学的何向明课题组利用加速量热法ARC和差示扫描量热法DSC对采用不同材料的锂离子电池在热失控中的热量来源进行了研究。

  • 上海交大团队电池硅基负极研究获进展 2018-03-19 10:35

    硅具有很高的理论比容量和较低的氧化还原电极电势,被认为是下一代高能量密度锂离子电池最具潜力的负极材料之一。然而,它在循环过程中严重的体积变化,使电极结构松动和电子导电变差

  • 青岛能源所石墨炔掺杂提升钙钛矿电池性能研究获进展 2018-03-19 09:25

    作为新一代太阳能电池的代表,钙钛矿电池发展迅猛。器件界面性质对钙钛矿电池性能影响很大,显着影响着其载流子抽提和器件效率。目前钙钛矿电池器件性能的进一步提升

  • 河工大教授研发可锂电池提升电化学性质的复合正极材料 2018-03-19 09:08

    锂离子电池因其高能量密度被认为是最具有前景的储能方式之一,已经在电动汽车领域展开了商业化应用,继续提高锂离子电池的能量密度依然是研究者的不懈追求。

  • 熔盐储热与锂电池储能成本对比 2018-03-16 11:11

    熔盐是目前大型光热发电站使用最普遍的储热介质,高性价比的熔盐储热系统则是光热电站无需化石燃料辅助系统就可实现长时间稳定发电的重要保障。此外,除了用于光热发电

  • 科学家以糖为阳极基底发现可减少锂电池枝晶形成 2018-03-15 13:46

    糖或许是人类健康杀手,但它如今也被科学家用来当作防止锂金属电池阳极枝晶生成的基底材料,为下一代高能量密度候选代表锂金属电池的主要障碍提出了解决方法。

热门点击
最新更新