锂空气电池课件.ppt

结论与展望 锂-空气电池作为一种潜在的超高能量密度化学电源，目前该领域的研究已经取得了一定的进展，但仍然有许多需要迫切解决的关键问题。未来的研究主要围绕以下几个方面展开。 1. 金属锂在循环过程中的枝晶问题一直制约着其实际应用。高容量锂离子电池合金负极材料的研究已取得了重要进展，比如Li-Al合金，Li-Na合金，LI-Mg合金及Li-Ga合金等，利用此类锂合金材料代替金属锂，有望抑制锂枝晶的形成及减少金属锂的安全性问题。 2. 对于电解液而言，应致力于提高其氧溶解性和扩散能力，降低其吸水性和挥发性，增强其抵抗CO2等气体和杂质毒化的能力。同时，提高电解质的离子传导性能，并改善电解液与空气电极表面的浸润特性。 3. 在电池放电过程中，氧化物不断在多孔碳的孔道内沉积并破坏多孔电极，使电池的循环性能不是很理想。寻找结构稳定的碳材料用于空气电极，有望改善电池的循环性能。石墨烯具有很高的理论比表面积非常稳定的结构以及超强的导电性，同时也是优异的催化剂载体材料，因此有望应用于锂-空气电池空气电极。 5. 锂-空气电池需要直接使用空气中的O2作为反应物，而空气中的CO2,H2O等对于非水体系锂-空气电池存在破坏作用，因此需要开发高效的空气过滤膜来分离O2。 4. 寻找优异的催化剂来降低过电势从而提高电池的能量效率。研究对氧还原与氧析出反应都有明显催化效果的双功能纳米催化剂，是有效降低非水系锂-空气电池充放电过电势的一条好途径。金属合金纳米粒子与尖晶石型纳米材料将是双功能纳米催化下的不错选择。 除此之外，锂-空气电池界面反应的电化学过程仍需要进一步研究，这有利于了解其反应的控制步骤，从而指导锂-空气电池催化剂和电极结构的优化。目前锂-空气电池催化剂和电极结构的优化。目前锂-空气电池的能量密度距离其理论值还有很大一段距离，虽然理论研究让我们看到了未来的希望，但是锂-空气电池最终走向应用还需要研究者的共同努力，对电池整体进行综合优化。 * 新能源电池—— 讲解者：张艳艳、李伊歌、裴欣欣、 王迪、孙俊杰、王兵会 摘要：以锂为负极，空气为正极锂-空气二次电池，由于其较高的理论能量密度（5210Wh/kg）而成为最具有发展潜力的新型高能化学电源体系。经过近几年的研究和开发，人们对这一体系的了解不断深入。本文综述了锂-空气电池的最新研究进展，对电池的正极材料，电解质和负极材料三个方面的研究进行了介绍，分析了该体系的缺陷及存在的问题，并展望了锂-空气电池的发展方向和前景。 引言 随着社会经济的不断发展，革命性的能源技术、节能技术和环境保护技术的综合开发和利用已成为当前的首要课题，研究与开发高能量密度的电源体系及其材料势在必行。 金属-空气电池具有很高的比能量，是当之无愧的高能量密度电池。早期的金属-空气电池通常使用水溶性电解质和铝、锌等负极材料，其理论和实际电压较低，负极反应物的摩尔质量较大，从而限制了电池的整体能量密度。为了获得更好的电池能量密度，人们开始尝试以金属锂作为金属-空气电池的负极，取代传统的铝和锌等。 水溶性电解质锂-空气电池很早就有报道，其放电反应为： 4Li+O2+2H2O → 4LiOH(E0=3.35V) (1) 其中E0为电池的标准电势。在开路和低功率状态下，金属锂的自放电率也很高，伴随着腐蚀反应： Li+H2O → LiOH+1/2H2 （2） 该反应的发生降低了电池负极的库仑效率，同时也带来了安全上的问题。 Abraham等于1996年率先报道了非水溶性电解质锂-空气电池。有别于常规的水溶性电解质电池体系，使用有机电解液或全固态电解质的锂-空气电池是一种全新的金属-空气电池。 非水溶性电解质锂-空气电池的工作原理如图1所示，主要基于以下两个反应： 4Li+O2 → 2Li2O(E0=2.91V) （3） 2Li+O2 → Li2O2(E0=2.96V) (4) 锂-空气电池的理论能量密度为5210Wh/kg，由于氧气储存在电池之外，其理论能量密度可进一步提高到11140Wh/kg,高出有锂电池体系1-2个数量级，与汽油的能量密度（13200Wh/kg）非常接近。表1为锂-空气电池的理论开路电压与能量的比较。 主要内容： 1、锂-空气电池材料的主要问题 2、锂电极的保护 3、电解质材料 4、锂空气电极材料 1、锂-空气电池材料的主要问题 目前，锂-空气电池的研究还处于初始阶段，其实际比能量还远远达不到其理论值，比功率较低、循环性能也较差。目前制约其发展和应用的因素有很多，以锂-空气电池为例，在电池材料方面主要有： 1.1、锂电极保护材料 1.2、电介质材料 1.3、空气电极材料和结构 1.1 锂电