近十年來,鋰-空氣電池由于其極高的理論能量密度受到世界范圍的關注與研究。該電池正極活性物質為氧氣,可以從空氣中獲得,故而電池更輕更廉價。因為這些優(yōu)勢,鋰-空氣電池被認為是極具前景的下一代能源存儲裝置。除了這些優(yōu)勢,鋰-空氣電池仍然面臨許多挑戰(zhàn)。其中最大一個挑戰(zhàn)來源于有機液態(tài)電解液的使用。有機電解液可能會導致揮發(fā)、泄漏、燃燒和爆炸事故。另外,因為使用鋰金屬負極,鋰枝晶會持續(xù)生成并刺破電解液層,引起短路事故。特別的,對于鋰-空氣電池而言,該體系正極設計為開孔結構以吸納活性物質氧氣。如果在空氣中使用的話,二氧化碳和水會滲入電解液并遷移與鋰負極反應,嚴重危害電池性能。為了解決這些問題,用無機固態(tài)電解質替換有機液態(tài)電解液是一種不錯的方法。然而,全固態(tài)鋰-空氣電池仍處于開始發(fā)展階段。各種關鍵的科學技術問題需要解決。其中之一是缺乏性能優(yōu)異的固態(tài)電解質。其次,較高的充放電過電位也會導致低的能量轉換效率以及差的循環(huán)壽命,這就要求科學家研發(fā)更加高效的催化劑。另外,固態(tài)電解質和鋰負極的界面接觸問題也需要解決。為了處理上述的問題,本文在本工作中投入大量的時間和精力。本工作主要創(chuàng)新點可以歸納如下:1、基于SWC... 

【文章來源】：南京大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：114 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２不同固態(tài)電解質晶體結構圖，（ａ）鈣鈥礦型、（ｂ）ＮＡＳＩＣＯＮ型、（ｃ）石榴石型以及??（ｄ）硫代－ＬＩＳＩＣＯＮ?型［３８］

展起到重要的推進作用。??１．３鋰－空氣電池的工作原理??通常，鋰－空氣電池根據使用的電解質（液）可以分成三大類，如圖１－３所??示，分別為：（ａ）、質子惰性的有機電解液體系；（ｂ）、組合（水系電解液－無機固??態(tài)電解質－有機電解液）電解液體系；（ｃ）、全固態(tài)電解質體系。因為鋰－空氣電池，??或者嚴格地說鋰－氧氣電池研究熱點集中在有機電解液體系，所以本小節(jié)內容會??先分析有機電解液鋰－空氣電池發(fā)展現狀，進一步延伸到組合電解液體系，最后??闡述本論文研究重點全固態(tài)鋰－空氣電池。??ａ?ｂ?ＭＩＸＥＤ?ＡＱＵＥＯＵＳ／ＡＰＲＯＴＩＣ?￡?ＳＯＬＩＤ?ＳＴＡＴＥ??ＡＰＲＯＴ１Ｃ?＿？?資??????ｎｒ？??――陬０，一一——??＾?？???ｓｇ??ｌｙ．？ｆＳ?ｉｊ＿鄉(xiāng)?蘆遞??ａ．?ｃａｔｈｏｄｅ?ＡｉｒＣａｒｔｏｄｅ?Ｊ?Ａ？?〇ｉ？Ｎ？ｄ？－——?ｉ??圖１－３三種體系鋰－氧氣電池的示意圖：（ａ）質子惰性的有機電解液型；（ｂ）有機－水組合電解??液型；（ｃ）全固態(tài)電解質型［１１］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｔｈｒｅｅ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?Ｌｉ－Ａｉｒ／〇２?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ：?ａ．?Ａｐｒｏｔｉｃ；?ｂ．?Ｈｙｂｒｉｄ??ａｑｕｅｏｕｓ／ｎｏｎ－ａｑｕｅｏｕｓ；?ｃ．?Ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ?［１１］．??這三種體系鋰－空氣電池雖然使用的電解液（質）類型不同，但是都是使用鋰??片作為負極，氧氣作為正極活性物質。在電池放電階段，鋰金屬失去電子變成鋰??離子進入電解液（屑）中

Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ—ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?［７］．??在此基礎上，Ｚｈｏｕ等［７，８５－８９］提出并設計了液流型鋰－氧氣電池，其結構如??圖１－７所示。與復合型電解液體系鋰－空氣電池類似，該類型鋰－氧氣電池也是由??有機電解液與鋰負極接觸，有機電解液與水系電解液由無機固態(tài)電解質隔開，不??同的是其正極水溶液中含有氧化還原電對，并由泵抽動使其流動。該電池的正負??極電化學反應分別為：??負極反應：ｎＬｉ－－ｄｌｓｃｈ＾ｅ?＞ｎＬ＼＋ｎｔ?（１－１１）??正極反應：ＮＴ｜ａｑ＞?＋?ｎｅ－－峙―＞Ｍ（ｚ＇ａｑ）?（１－１２）??綜上所述，這種復合型固態(tài)電解液型鋰－氧氣電池可以有效地保護鋰負極，??避免放電產物阻塞空氣正極。目前最顯著的問題是無機固態(tài)電解質需要在水系??電解液中保持穗定，否則其分解生成的副產物會損耗電池的壽命。另一方面，??無機固態(tài)電解質的鋰離子電導率有限，鋰離子電導率較高的硫系電解液吸水性??很嚴重，無法用于復合型固態(tài)電解液。進一步開發(fā)高離子電導以及高穩(wěn)定性的??１３??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Li-CO2電池機理、催化劑和性能研究進展（英文）[J]. 李翔,楊思勰,馮寧寧,何平,周豪慎.  催化學報. 2016(07)
[2]基于有機和組合電解液的鋰空氣電池研究進展[J]. 童圣富,何平,張雪蘋,趙世勇,周豪慎.  電化學. 2015(03)



本文編號：2984139