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有前途的高能量鋰電池會排出純氧氣

作者:宋檢 時間:2022-11-30 來源:互聯(lián)網(wǎng)

組件協(xié)同工作,*大限度地減少空氣中的副作用,延長電池的循環(huán)壽命。

科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)明了一種新型鋰電池,它可以在空氣–而不是在純氧中–可以運(yùn)行數(shù)百次充電循環(huán)。從理論上講,鋰空氣電池在電池領(lǐng)域令人們感到興奮,它們比普通的鋰離子電池能容納9倍以上的能量。然而,在鋰鹽堵塞電*之前,只能使用少量鋰離子電池而不是純氧來充電。

以鋰電池為動力的電動汽車,只需一次充電,就能走得更遠(yuǎn),因為這些電池比同等重量的鋰離子電池能容納更多的能量。然而,鋰電池還沒有在空氣中運(yùn)行一段時間。問題是,空氣中的氮、二氧化碳和水蒸汽容易與電池電*上的離子發(fā)生反應(yīng),形成沉積物,從而迅速降低每個電*的充電能力。

由于氧氣是鋰空氣電池中產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)所需的空氣的**成分,研究人員將它供給到電池中。雖然這消除了副作用,但在未來的應(yīng)用中并不可行:向汽車電池提供純氧會產(chǎn)生安全問題。

美國芝加哥伊利諾伊大學(xué)(University of Illinois at Chicago)的Amin Salehi-Khojin和他的同事們?yōu)榱酥圃煲环N可以在空氣中運(yùn)行的長壽命鋰電池,設(shè)計了電池中的電*和電解液,以*大限度地減少產(chǎn)生問題的副作用。為了制造電池的陽*,研究人員用電化學(xué)方法將碳酸鋰和碳電化學(xué)沉積到鋰晶片上。該涂層允許鋰離子通過,同時防止二氧化碳、氧、氮和水到達(dá)電*表面的活性鋰。

研究人員通過選擇在充電和放電過程中僅介于鋰和氧之間的反應(yīng)的材料和電解質(zhì),將陰*處的副反應(yīng)降至*低。他們利用二硫化鉬的納米薄片制作了陰*,其在放電期間催化形成Li 2 O 2并伴隨其分解。研究人員還在電池中注入了電解液,電解液中的鋰鹽溶解在二甲基亞砜和離子液體的混合物中。

在陰*上形成的Li2O2的結(jié)構(gòu)會影響其收集水和二氧化碳的傾向,與鋰離子反應(yīng)生成氫氧化鋰和碳酸鋰的沉淀物,阻塞陰*上的活性中心點。當(dāng)研究人員使用透射電子顯微鏡檢查混合電解液中的陰*放電時,他們看到其表面有一層Li2O2薄膜。計算機(jī)模型表明,二氧化碳和水不會粘附在這種薄膜上,從而減少了形成陰*堵塞鹽的機(jī)會。

Salehi-Khojin說:“這種設(shè)計的好處在于,我們可以在使用空氣的同時享受到純氧環(huán)境的所有好處?!薄半姵氐某煞謺綦x氮、二氧化碳和水蒸氣,這樣它們就不會參與不必要的副作用?!?/P>

由設(shè)計的電*和電解液組裝而成的鋰電池在模擬空氣中運(yùn)行700次充電循環(huán)。用未涂覆的陽*和相同的陰*和電解液制作的電池在11次充電循環(huán)后失敗。

美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Venkat Viswanathan指出,對鋰空氣電池來說,解釋循環(huán)壽命通常是困難的。確定鋰離子電池循環(huán)壽命的一種常用方法是測量每個電池充電和放電時所傳遞的電荷。然而,對于鋰空氣電池,那些交付的電荷也可以來自于許多其他的反應(yīng),而不是鋰和氧之間所需要的反應(yīng)。Viswanathan想知道,在這個電池中,有多少寄生過程可以人為地提高電池的循環(huán)壽命,而減少這些寄生過程對于制造商業(yè)上可行的長效鋰空氣電池將是至關(guān)重要的。

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