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高能量密度鋰-空氣電池技術(shù)

鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用在小型電子設(shè)備和大型電力系統(tǒng)，如混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)或電動(dòng)汽車(chē)。然而，鋰離子電池由于沒(méi)有足夠的能量密度而不能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)或混合動(dòng)力汽車(chē)的市場(chǎng)需求，因此許多廠商和科研機(jī)構(gòu)正在集中研究具有較高能量密度的新電池系統(tǒng)，如鋰-空氣電池。介紹了鋰-空氣電池技術(shù)，重點(diǎn)研究了鋰金屬陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和催化劑等。

介紹了各種類(lèi)型的空氣陰極，如基于碳、碳納米管基的陰極和空氣陰極等。鋰-空氣電池陰極反應(yīng)提供大部分能量，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的細(xì)胞壓降發(fā)生在空氣陰極。非水系鋰-空氣電池能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值，因?yàn)槠湓诜烹娊K止之前多孔結(jié)構(gòu)中充滿(mǎn)了過(guò)多的氧化鋰或過(guò)氧化物。因此，有必要優(yōu)化碳電極的多孔結(jié)構(gòu)。

介紹了不同類(lèi)型的催化劑，如金屬氧化物和復(fù)合基催化劑，碳和石墨烯基催化劑以及貴金屬合金系催化劑。催化劑能顯著促進(jìn)陰極反應(yīng)，其含有MnO2而表現(xiàn)出良好的抗氧化、抗堵塞性能。

目前，大多數(shù)疏質(zhì)子鋰-空氣電池在純氧氣環(huán)境下工作，環(huán)境氧氣帶有水分，這可能會(huì)降低非水電解質(zhì)和鋰金屬陽(yáng)極。因此，該種電池與當(dāng)前的鋰離子電池相比，其具有較短的生命周期。由于從空氣中很難分離氧氣，因此聚四氟層膜只能減緩水進(jìn)入。

新型電解質(zhì)應(yīng)具有低粘度、低揮發(fā)性、疏水性、高氧溶解度和擴(kuò)散兼容、化學(xué)穩(wěn)定性等特性，充電過(guò)程中不會(huì)釋放CO2。因此，尋求新的電解質(zhì)體系是鋰-空氣電池發(fā)展中所面臨的新挑戰(zhàn)。

鋰金屬作陽(yáng)極相關(guān)聯(lián)的主要問(wèn)題是枝晶的形成。該枝晶形成是異質(zhì)的，會(huì)導(dǎo)致電池短路和循環(huán)性能差，但這可通過(guò)鋰陽(yáng)極表面穩(wěn)定的固體電解質(zhì)來(lái)抑制。因此，采用一種新的固體聚合物電解質(zhì)可防止枝晶的形成。

刊名：Journal of Applied Electrochemistry（英）

刊期：2014年第1期

作者：Md. Arafat Rahman et al

編譯：王迪