相比起锂离子电池，锂空气电池的优势在哪里？
来源：宝鄂实业
2019-05-28 22:48
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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。
放电过程:负极的锂释放电子后成为锂阳离子(Li+)，Li+穿过电解质材料，在正极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂(Li2O)或者过氧化锂(Li2O2)，并留在正极。锂空气电池的开路电压为2.91V。
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。
近日，在伊利诺伊大学芝加哥分校AminSalehi－Khojin教授和阿贡国家实验室LarryA．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“Alithium–oxygenbatterywithalongcyclelifeinanair－likeatmosphere”发表在了Nature上。
虽然锂空气电池目前仍处于实验开发阶段，但其在能量密度方面表现出来的优势已经得到了认可，有望成为普通锂离子电池的革命性替代品。催化剂有助于提高电池内部的化学反应速率、提升电池储能和供能性能。因此将锂空气电池与用二维材料制成的先进催化剂配合使用，有望进一步提升锂空气电池的性能。
phys.org网站1月10日报道，美国伊利诺伊大学芝加哥分校副教授AminSalehi-Khojin的团队在《先进材料》（AdvancedMaterials）杂志撰文称，他们合成了多种二维材料，部分材料作为催化剂使用，可使锂空气电池的储能性提升10倍。论文通讯作者AminSalehi-Khojin说。“现在，电动汽车每次充电后大约可以行驶100英里，将二维催化剂加入锂空气电池中，可使其单次充电后的行驶里程增加到400~500英里。这将是储能领域的一个重大突破。”
AminSalehi-Khojin团队共合成了15种不同类型的二维过渡金属二硫化合物（TMDCs）。TMDCs是一种性质独特的化合物，它具有良好的导电性和电子快速转移能力，可以用于促进电池充、放电过程中的化学反应。研究人员对15种TMDCs在锂空气电池模拟系统中的催化性能进行了研究。论文第一作者、伊利诺伊大学芝加哥分校研究生LeilyMajidi解释说：“将TMDCs设计成二维结构，可获得更好的更好的电子性能和更大的反应表面积，从而使其以更稳定的结构参与电池内的电化学反应。与铂、金等传统催化剂相比，二维TMDCs的催化性能要强得多。”
此外，这种二维材料还能与电解质产生协同作用。AminSalehi-Khojin说：“我们开发的二维TMDCs材料可与离子液体电解质产生协同效应，帮助电子更快地转移，从而更有效地存储和释放能量。这类新材料代表了一种提升电池性能的新途径。现在我们需要做的，就是找到优化材料性能和大规模生产这种材料的方法。”
放电过程:负极的锂释放电子后成为锂阳离子(Li+)，Li+穿过电解质材料，在正极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂(Li2O)或者过氧化锂(Li2O2)，并留在正极。锂空气电池的开路电压为2.91V。
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。
近日，在伊利诺伊大学芝加哥分校AminSalehi－Khojin教授和阿贡国家实验室LarryA．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“Alithium–oxygenbatterywithalongcyclelifeinanair－likeatmosphere”发表在了Nature上。
虽然锂空气电池目前仍处于实验开发阶段，但其在能量密度方面表现出来的优势已经得到了认可，有望成为普通锂离子电池的革命性替代品。催化剂有助于提高电池内部的化学反应速率、提升电池储能和供能性能。因此将锂空气电池与用二维材料制成的先进催化剂配合使用，有望进一步提升锂空气电池的性能。
phys.org网站1月10日报道，美国伊利诺伊大学芝加哥分校副教授AminSalehi-Khojin的团队在《先进材料》（AdvancedMaterials）杂志撰文称，他们合成了多种二维材料，部分材料作为催化剂使用，可使锂空气电池的储能性提升10倍。论文通讯作者AminSalehi-Khojin说。“现在，电动汽车每次充电后大约可以行驶100英里，将二维催化剂加入锂空气电池中，可使其单次充电后的行驶里程增加到400~500英里。这将是储能领域的一个重大突破。”
AminSalehi-Khojin团队共合成了15种不同类型的二维过渡金属二硫化合物（TMDCs）。TMDCs是一种性质独特的化合物，它具有良好的导电性和电子快速转移能力，可以用于促进电池充、放电过程中的化学反应。研究人员对15种TMDCs在锂空气电池模拟系统中的催化性能进行了研究。论文第一作者、伊利诺伊大学芝加哥分校研究生LeilyMajidi解释说：“将TMDCs设计成二维结构，可获得更好的更好的电子性能和更大的反应表面积，从而使其以更稳定的结构参与电池内的电化学反应。与铂、金等传统催化剂相比，二维TMDCs的催化性能要强得多。”
此外，这种二维材料还能与电解质产生协同作用。AminSalehi-Khojin说：“我们开发的二维TMDCs材料可与离子液体电解质产生协同效应，帮助电子更快地转移，从而更有效地存储和释放能量。这类新材料代表了一种提升电池性能的新途径。现在我们需要做的，就是找到优化材料性能和大规模生产这种材料的方法。”
