新能源汽車的核心是動力電池,而目前商用鋰離子電池能量密度低(²00 Wh kg^-1),續(xù)航里程短,是新能源汽車發(fā)展的主要障礙。因此迫切需要發(fā)展基于新原理和新技術(shù)的長續(xù)航時間動力電池。鋰氧電池具有超高理論能量密度(³500 Wh kg^-1),是極具發(fā)展?jié)摿Φ拈L續(xù)航動力電池。然而,目前鋰氧電池的應(yīng)用仍然面臨著諸多問題,其中,實際能量密度低和鋰負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性差,是制約鋰氧電池應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一。造成上述問題的原因較多,其中:（1）固體催化劑表面吸附態(tài)超氧化物中間體誘導(dǎo)產(chǎn)生膜狀放電產(chǎn)物,導(dǎo)致電池放電提前終止,電池容量難以提高;（2）電解液組分與高化學(xué)活性鋰負(fù)極充分浸潤并發(fā)生副反應(yīng),例如高給體（DN）值的溶劑、空氣中的H₂O、CO₂、以及促進空氣電極界面反應(yīng)速率的氧化還原介體等副反應(yīng)因子,會從空氣正極向鋰負(fù)極擴散,引發(fā)鋰負(fù)極的化學(xué)腐蝕,進而導(dǎo)致鋰氧電池能量轉(zhuǎn)換效率低和循環(huán)穩(wěn)定性差。針對上述兩個問題,受自然界輔酶獨特性質(zhì)啟發(fā),我們提出了一種以功能蒽醌分子作為“輔酶... 

【文章來源】：河南大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

當(dāng)前部分二次電池的實際比能量及其預(yù)計的續(xù)航里程和電池成本

E. L. Littauer 等首次提出了鋰氧電池的概念。該類電池以金屬 Li 作為，O2作為正極，電解液是水溶液，由于金屬鋰能與水發(fā)生劇烈氧化還原化學(xué)反應(yīng)，要在金屬鋰表面覆蓋一層對水穩(wěn)定的鋰離子傳導(dǎo)隔膜，電池的結(jié)構(gòu)如圖 1-2a 所示。鋰氧電池的反應(yīng)機理如下：性溶液：4Li + O2+ 2H2O→4LiOH (1性溶液：4Li + O2+ 4H+→4LiOH + 2H2O (1水系鋰氧電池充放電時，正極氧還原和析氧反應(yīng)是四電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，其放電產(chǎn)物iOH 或 H2O（式 1-1，1-2），放電產(chǎn)物分解電位較高；同時由于金屬鋰負(fù)極氧化還原低（-3.04 V vs RHE），還原能力極強，造成其與水溶液反應(yīng)容易，進而導(dǎo)致鋰金屬重化學(xué)腐蝕和電池自放電率特別高，并使電池存在嚴(yán)重的安全隱患。在水系鋰氧電引入鋰離子傳導(dǎo)隔膜，可以有效解決上述問題，但是現(xiàn)有隔膜本身鋰離子傳輸速率與鋰金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致隔膜鋰離子傳輸速率低，造成電池極化嚴(yán)重，大大限水體系鋰氧電池的發(fā)展和應(yīng)用。

多孔結(jié)構(gòu)也可容納較多的放電產(chǎn)物，最終，電池的比能量達(dá)到 250-350 Wh kg-構(gòu)電池放電后氧電極放電產(chǎn)物進行拉曼分析，結(jié)果表明放電產(chǎn)物為 Li2O2。其程的正極電化學(xué)反應(yīng)為：時：2Li++ O2+ e-→Li2O2時：Li2O2→Li++ O2+ e-詳細(xì)的充放電過程如圖 1.3 所示[11]，該電池以 Li2O2為放電產(chǎn)物，總的化學(xué)反為：2 Li++ O2 Li2O2（Eocv= 2.96 V vs Li+/Li）。電池放電時，負(fù)極的金屬鋰被i+同時會釋放出電子（Li Li++ e-），電子通過外電路遷移到正極，Li+通過電解正極，O2在正極與電子、Li+反應(yīng)生成 Li2O2（式 1-3）；電池充電時，Li2O2發(fā)生成 Li+、O2并釋放電子（式 1-4）。隨后，在有機系鋰氧電池中，Li2O2可逆的解得到了證實[12]。然而，目前有機體系鋰氧電池在發(fā)展的過程中仍然存在著許主要包括充電時電解液的分解、充放電反應(yīng)之間極化電壓較大，以及超氧化物副反應(yīng)因子對鋰金屬的腐蝕等[13]。


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