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有机电解液型锂-空气电池的研究现状

电源技术 2018年第12期42卷 1933-1935页

作者：亢静锐董桂霞李雷吕易楠韩伟丹华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山063210

锂-空气电池能量密度与汽油相近,且具有绿色环保、安全实用等优点,可应用到交通、通信及智能电网削峰填谷等领域,成为备受关注的电化学能量储存体系之一,其中有机电解液型锂-空气电池因证实其正极反应可逆逐渐成为研究热点。综述了锂-... 详细信息

锂-空气电池能量密度与汽油相近,且具有绿色环保、安全实用等优点,可应用到交通、通信及智能电网削峰填谷等领域,成为备受关注的电化学能量储存体系之一,其中有机电解液型锂-空气电池因证实其正极反应可逆逐渐成为研究热点。综述了锂-空气电池有机电解液类型、碳材料以及催化剂的研究进展,分析了有机电解液的分类和优缺点、碳材料的影响因素、催化剂的类型及三者对电池电化学性能的影响,指出锂-空气电池的不足并对其进行展望。

关键词：锂-空气电池有机电解液碳材料催化剂

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有机体系锂-空气电池研究进展

化工新型材料 2017年第9期45卷 40-42页

作者：张纪梅范咏梅张志秋蔡宇玲米超天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程国家重点实验室天津300387

锂-空气电池是一种理论性能非常好的环保新型电池(比容量和比能量分别为3860mAh/g和11400Wh/kg)。若能将锂-空气电池成功开发,汽车对汽油的需求比重将会大大降低。然而,对它的研究认识还不够深入,距离实际产业化还有很多工作要做。介绍... 详细信息

锂-空气电池是一种理论性能非常好的环保新型电池(比容量和比能量分别为3860mAh/g和11400Wh/kg)。若能将锂-空气电池成功开发,汽车对汽油的需求比重将会大大降低。然而,对它的研究认识还不够深入,距离实际产业化还有很多工作要做。介绍了有机体系锂-空气电池的研究情况和以后的应用与发展趋势。

关键词：锂-空气电池电解质催化剂锂阳极

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锂-空气电池的高性能空气电极的性能研究

化学工业与工程 2017年第4期34卷 44-49页

作者：徐迁徐强桑林丁飞刘兴江天津大学化工学院天津300072 中国电子科技集团公司第十八研究所化学与物理电源重点实验室天津300384

锂-空气电池是比能量最高的二次电池,已成为当今化学电源领域的研究热点。在锂-空气电池的各个组件中,空气电极的设计和制备是进一步提高锂-空气电池性能的关键。以简单的合成方法制备了一种具有高催化活性的镍酸镧(LaNiO_3)催化剂,利用... 详细信息

锂-空气电池是比能量最高的二次电池,已成为当今化学电源领域的研究热点。在锂-空气电池的各个组件中,空气电极的设计和制备是进一步提高锂-空气电池性能的关键。以简单的合成方法制备了一种具有高催化活性的镍酸镧(LaNiO_3)催化剂,利用Super P作为催化剂载体制备了一种新型空气电极。实验结果表明,含有LaNiO_3催化剂的锂-空气电池具有良好的充放电性能,放电电压平台为2.59 V,放电容量达到1 109 mAh·g^(-1)。比较了2种碳材料(Super P和GNS)作为催化剂载体的空气电极对电池充放电性能的影响,发现多孔性的空气电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液(1 mol·L^(-1)LiTFSI/TEGDME)中水含量的必要性。由Super P、LaNiO_3及水含量小于1×10^(-5)的电解液(1 mol·L^(-1)LiTFSI/TEGDME)组装成的锂-空气电池具有良好的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。

关键词：锂-空气电池空气电极碳载体催化剂

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电动汽车的希望:锂-空气电池

化学教育 2017年第17期38卷 1-4页

作者：王晴张馨文王明召北京师范大学化学学院北京100875 海拉尔第二中学内蒙古呼伦贝尔021000 北京师范大学化学学院北京100875 新东方集团北京100875 北京师范大学化学学院北京100875

以高中化学电化学知识为基础,介绍一种学界预期将对电动汽车储能领域产生革命性影响的可逆电池——锂-空气电池的基础知识,涉及这种电池的基本结构、工作原理、电极反应、研究现状、发展前景等内容.

关键词：高中化学电化学锂-空气电池工作原理电极反应

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有机体系锂—空气电池性能优化的研究

有机体系锂—空气电池性能优化的研究

作者：徐迁天津大学

学位级别：硕士

有机体系锂-空气电池的理论能量密度高达11680 W·h/kg,其储能能力远高于其他电池体系。但目前的锂-空气电池中还存在很多问题亟待解决,比如电池的稳定性和可逆性都有待提高,其过电位较高并且循环性能较差。通过对电池本身和测试条件的... 详细信息

有机体系锂-空气电池的理论能量密度高达11680 W·h/kg,其储能能力远高于其他电池体系。但目前的锂-空气电池中还存在很多问题亟待解决,比如电池的稳定性和可逆性都有待提高,其过电位较高并且循环性能较差。通过对电池本身和测试条件的控制和改进可以优化其循环性能。本文以简单的反相共沉淀方法合成的新型催化剂LaNiO纳米颗粒表现出了高效的催化活性.在以泡沫镍作为空气电极集流体的研究中,所制备的锂-空气电池的放电容量可以达到1109mAh/g,放电平台为2.59V。比较了两种碳材料(Super P和石墨烯微片)作为载体的空气电极对电池性能的影响,发现多孔性的电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液(1mol/L LiTFSI/TEGDME)中水含量的必要性。实验结果表明,经过上述三方面优化的锂-空气电池具有稳定的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。接下来又考察了集流体对性能的影响,发现使用碳纤维纸制备空气电极能使电池性能大幅提升。以上研究明确了有机体系锂-空气电池的最佳组装和测试条件,在此基础上又着重研究了新型催化剂LaNiO对电池性能的改善。最终,所组装的锂-空气电池表现出低的充放电电压差(878mV),优异的循环稳定性(循环圈数>155)以及稳定的放电平台(始终高于2.51V),而使用的催化剂只占空气电极总载量的18 wt%。LaNiO催化剂表现出的优异催化性能被归因于LaNiO材料本身的高催化活性、催化剂材料所具有的介孔结构及其高分散性。

关键词：锂-空气电池催化剂循环性能空气电极 LaNiO3

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锂—空气电池铈基催化剂的制备及性能研究

锂—空气电池铈基催化剂的制备及性能研究

作者：陈思远浙江工业大学

学位级别：硕士

随着当今社会对便携式能源的需求不断增长,锂-空气电池作为潜力最大的电池体系正受到越来越多的关注。正极催化剂材料作为锂-空气电池的核心部件,近年来正在科研界掀起一场研发热潮。CeOx具有独特的氧缺陷结构,可对锂-氧电化学反应起到... 详细信息

随着当今社会对便携式能源的需求不断增长,锂-空气电池作为潜力最大的电池体系正受到越来越多的关注。正极催化剂材料作为锂-空气电池的核心部件,近年来正在科研界掀起一场研发热潮。CeOx具有独特的氧缺陷结构,可对锂-氧电化学反应起到锚定作用,已经成为一种关键候选材料。但块体CeOx材料的大尺寸会导致颗粒表面的氧缺陷比例大幅降低,从而影响催化性能;同时其电子传导性较差,无法直接作为电极材料使用,需要进行纳米修饰且与高电导材料如介孔碳（Mesoporous carbon,MC）复合。本论文从电化学反应路径出发,以富含氧缺陷的超小粒径CeOx/MC复合材料为核心来设计合理的催化剂组分和结构,并对其电化学性能进行了全面评估。主要工作包括如下两部分。（1）富含氧缺陷的超小粒径CeOx/MC复合材料。利用玉米秸秆表面丰富的官能团对Ce3+离子的吸附作用,成功制备了富含氧缺陷的超小粒径CeOx/MC复合材料,并对其进行了全面的物相结构分析和电化学性能评估。结果表明,CeOx/MC整体呈现片状结构,在MC表面均匀分布着细小的CeOx纳米晶颗粒,平均粒径为1.98 nm,CeOx负载量为43.8%,同时实现了超小尺寸和高负载量两个目的。CeOx具有丰富的氧缺陷结构,经XPS拟合计算出x值为1.813。CeOx/MC作为锂-空气电池的正极材料在极限充放电循环（电流密度100 mA·g-1,电压区间2.5-4.5 V）中贡献了 12753 mAh·g-1的超高放电比容量,在1000 mAh·g-1的限容条件下（电流密度200 mA·g-1）稳定循环了 55周。卓越的催化性能源于CeOx具有超小粒径、高负载、富含氧缺陷等综合特点,为氧气的氧化还原反应提供了大量的活性位点,同时调节了不溶产物Li2O2的成核过程,使其在催化剂表面均匀地分布。为了探索焙烧温度对材料形貌、组分和性能的影响,制备了CeOx/MC-X（X=600、700、800、900）并对其进行了详细的形貌表征及性能对比测试,结果表明CeOx纳米晶的颗粒和电池的过电位随着温度升高而增大,电池循环性能随之不断恶化。本工作还将制得的CeOx/MC与商用CeO2进行了对比研究,证实了本工作制得的CeOx具有更为丰富的氧缺陷和更优的催化性能。（2）亚10纳米级复合的CeOx/RuO2/C二维复合材料。在CeOx/MC获得良好性能的基础上,进一步引入了超小尺寸的Ru纳米晶,采用简单的空气氧化法将其转化为RuO2,同时除去过量的碳基底。在浸渍液中Ce/Ru摩尔比为1:1条件下得到了 CeOx/RuO2/C-1:1复合材料。该材料中CeOx/RuO2纳米颗粒的含量高达98%以上,这些纳米颗粒之间与少量碳材料（＜2%）相互联结形成自支撑的纳米片结构。CeOx/RuO2/C-1:1拥有的丰富孔结构有利于反应物的传输以及放电产物的存储,因而贡献了 9700 mAh·g-1的极限放电比容量（电流密度100 mA·g-1,电压区间2.5-4.5 V）,在1000 mAh·g-1的限容条件下（电流密度200 mA·g-1）稳定循环了 75周。性能的提升源于RuO2的存在大幅降低了充电过电位,CeOx/RuO2/C-1:1的充放电电位差为1.45 V,低于CeOx/MC-600的1.65 V。探索了浸渍液中Ce/Ru摩尔比对于最终性能的影响。结果表明高的Ce/Ru摩尔比时,浸渍液中Ru的利用率很高,而且RuO2的电化学活性非常强。CeOX/RuO2/C-50:1的电化学性能仅稍弱于CeOx/RuO2/C-1:1。本论文提出了一种制备亚10纳米铈基催化剂的简单方法,揭示了 CeOx、RuO2和碳在锂-空气电池电化学环境中的协同作用,丰富了锂-空气电池的催化剂体系,拓宽了高效催化剂的设计思路。

关键词：锂-空气电池二氧化铈小尺寸氧缺陷协同作用

NiCo基尖晶石结构化合物纳米结构的制备及其在锂—空气电池中的性能研究

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NiCo基尖晶石结构化合物纳米结构的制备及其在锂—空气电池中的性...

作者：王金苏州大学

学位级别：硕士

寻求具有高氧气还原(ORR)和氧气析出(OER)活性的催化剂和优化空气电极结构是改善和提高锂-空气电池性能的两个重要方面。因此,本论文以具有高催化活性的NiCo基尖晶石结构化合物作为研究对象,通过设计和制备NiCo基尖晶石结构化合物的纳... 详细信息

寻求具有高氧气还原(ORR)和氧气析出(OER)活性的催化剂和优化空气电极结构是改善和提高锂-空气电池性能的两个重要方面。因此,本论文以具有高催化活性的NiCo基尖晶石结构化合物作为研究对象,通过设计和制备NiCo基尖晶石结构化合物的纳米结构和相应的空气电极结构,探讨材料的形貌、微观结构和空气电极的结构对锂-空气电池性能的影响。论文先通过水热法一步制备出两种形貌的尖晶石氧化物-海胆状NiCoO和棒状NiCoO。研究结果表明,具有更高比表面、更大孔径和孔体积的棒状NiCoO具有更高的充/放电比容量和更加稳定的循环性能。通过模板辅助的电化学沉积法,成功地在碳纸(CFP)表面合成出多层碗状NiCoO,并将其直接用于空气电极从而有效地避免导电剂和粘结剂的使用。这种具有特殊形貌和结构的碗状NiCoO@CFPs表现出非常优异的电化学性能(100 mAg的电流密度下,放电比容量可达9624 mAhg,库伦效率高达95.4%)。在NiCoO的基础上,通过水热法在碳纸表面合成出导电性更高的NiCoS纳米管。与NiCoO纳米线相比,这种NiCoS纳米管因其高的本征催化活性、独特的形貌和电极结构而具有更高的充/放电比容量和更加稳定的循环性能(300 mAg的电流密度下可以循环485圈)。

关键词：锂-空气电池催化剂空气电极结构 NiCo基尖晶石化合物

锂—空气电池阴极催化剂MnOx/CeO2纳米管的制备及性能研究

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锂—空气电池阴极催化剂MnOx/CeO2纳米管的制备及性能研究

作者：朱永强河南大学

学位级别：硕士

当今社会,经济高速发展,由于对煤炭、石油等传统不可再生能源的过度开发和利用,人类社会已经面临着能源危机。与此同时,化石燃料的过度消耗,已经造成严重的环境问题,例如温室效应、雾霾天气等,直接危害到人们的健康生活。因此发展新型... 详细信息

当今社会,经济高速发展,由于对煤炭、石油等传统不可再生能源的过度开发和利用,人类社会已经面临着能源危机。与此同时,化石燃料的过度消耗,已经造成严重的环境问题,例如温室效应、雾霾天气等,直接危害到人们的健康生活。因此发展新型绿色可再生能源,减轻环境压力已迫在眉睫。作为下一代锂电池代表之一,锂-空气电池结合了锂离子电池和燃料电池的特点,具有比能量密度高、无污染、环境友好、成本低等优点而备受人们关注。,它也有望成为新型无污染储能设备,代替化石燃料作为汽车动力电源,从而减少因化石燃料产生的环境污染问题。但是,锂-空气电池还存在着阴极氧气还原/析出反应的动力学过程比较缓慢、充放电过程极化较大、循环性差等技术难题。寻找新型高效的阴极催化剂是解决这些技术难题的重要途径之一。本论文以锂-空气电池阴极催化剂作为研究方向,开发一种在有机电解液体系中高效廉价的催化剂。采用水热法原位合成了MnOx修饰的CeO2纳米管材料。SEM和TEM结果表明,MnOx/CeO2复合材料为空心管状结构,MnOx纳米颗粒均匀分布在CeO2管壁上。HRTEM和XPS分析表明MnOx主要为MnO2、Mn2O3.旋转环盘电极(RRDE)测试结果表明,MnOx/CeO2复合材料ORR的起始电位为-0.15 V,极限电流密度为5.0 mA/cm2,相比CeO2材料,起始电位正移40 mV,极限电流密度增大1.5倍;同时,复合材料的OER催化活性也有显著提高。分别以MnOx/CeO2复合材料和CeO2为催化剂组装2032锂空气电池,以100 mAg-1放电,复合材料锂空气电池的首次放电容量达到1434mAhg-1,而CeO2锂空气电池的首次放电容量仅有1100 mAhg-1,相比,复合材料锂空气电池的倍率性能和能量转换效率也有大幅度地提高。由此可以看出,MnOx/CeO2复合材料可以作为锂空气电池潜在的高效催化剂使用。

关键词：锂-空气电池氧还原反应氧析出反应 CeO2

锂-空气电池生物质衍生碳电极材料及其催化剂的制备与性能研究

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锂-空气电池生物质衍生碳电极材料及其催化剂的制备与性能研究

作者：龚旭中国矿业大学

学位级别：硕士

锂-空气电池因成本低、理论比容量(11425 Wh/kg)高而备受关注。在不使用贵金属基催化剂的情况下,锂-空气电池进行商业应用迫切地需要开发出廉价高效的正极材料。一方面,生物质材料可再生,成本低,可提供足够的传输通道,用于锂-空气电池... 详细信息

锂-空气电池因成本低、理论比容量(11425 Wh/kg)高而备受关注。在不使用贵金属基催化剂的情况下,锂-空气电池进行商业应用迫切地需要开发出廉价高效的正极材料。一方面,生物质材料可再生,成本低,可提供足够的传输通道,用于锂-空气电池正极材料可增强电池的导电性并加快离子传输速度。另一方面,在正极材料上负载高效的过渡金属化合物催化剂可进一步提升锂-空气电池性能。本文以柚皮为原材料来制备生物质衍生碳,之后负载过渡金属化合物催化剂并直接用作锂-空气电池正极材料。主要研究内容和结论如下:(1)制备了三维自立式NiFeP@NC/BC(NC:氮掺杂碳,BC:生物质碳)锂空气电池空气电极。首先,将普鲁士蓝类似物(PBA)沉积在生物质材料柚皮上,然后用红磷进行磷化,所制备的电极直接用作锂-空气电池的阴极。此NiFeP@NC/BC阴极材料中的过渡金属磷化物(TMP)催化剂具有高效的电子传输能力,可提供足够多的反应位点。实验结果表明,该电池电化学性能优异,在0.05mA·cm的电流密度下比容量高达10.9 mAh·cm,循环寿命高达90多圈。(2)以生物质碳为载体的普鲁士蓝类似物作为原料制备了含有NiFe和NiC的氮掺杂碳材料(NiC-NiFe-NC),直接作为锂-空气电池的自立式阴极。该锂-空气电池在2.75 V的放电电压平台下,放电比容量高达27.14 mAh·cm。我们认为此材料制备的锂-空气电池表现出优异的电催化性能归因如下:(1)在900℃煅烧温度条件下形成的NiC-NiFe-NC中,Ni的d轨道与碳的s和p轨道之间进行了杂化;(2)NiC-NiFe-NC的各组成部分之间存在协同作用;(3)NiC-NiFe-NC的结构有效地改善了电化学过程中阴极与电解液之间的电子和离子转移能力。本论文有图20幅,表5个,参考文献98篇。

关键词：锂-空气电池阴极生物质衍生碳过渡金属磷化物过渡金属碳化物