近十年來(lái),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(guān)注與研究。該電池正極活性物質(zhì)為氧氣,可以從空氣中獲得,故而電池更輕更廉價(jià)。因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì),鋰-空氣電池被認(rèn)為是極具前景的下一代能源存儲(chǔ)裝置。除了這些優(yōu)勢(shì),鋰-空氣電池仍然面臨許多挑戰(zhàn)。其中最大一個(gè)挑戰(zhàn)來(lái)源于有機(jī)液態(tài)電解液的使用。有機(jī)電解液可能會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)、泄漏、燃燒和爆炸事故。另外,因?yàn)槭褂娩嚱饘儇?fù)極,鋰枝晶會(huì)持續(xù)生成并刺破電解液層,引起短路事故。特別的,對(duì)于鋰-空氣電池而言,該體系正極設(shè)計(jì)為開(kāi)孔結(jié)構(gòu)以吸納活性物質(zhì)氧氣。如果在空氣中使用的話,二氧化碳和水會(huì)滲入電解液并遷移與鋰負(fù)極反應(yīng),嚴(yán)重危害電池性能。為了解決這些問(wèn)題,用無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)替換有機(jī)液態(tài)電解液是一種不錯(cuò)的方法。然而,全固態(tài)鋰-空氣電池仍處于開(kāi)始發(fā)展階段。各種關(guān)鍵的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題需要解決。其中之一是缺乏性能優(yōu)異的固態(tài)電解質(zhì)。其次,較高的充放電過(guò)電位也會(huì)導(dǎo)致低的能量轉(zhuǎn)換效率以及差的循環(huán)壽命,這就要求科學(xué)家研發(fā)更加高效的催化劑。另外,固態(tài)電解質(zhì)和鋰負(fù)極的界面接觸問(wèn)題也需要解決。為了處理上述的問(wèn)題,本文在本工作中投入大量的時(shí)間和精力。本工作主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)可以歸納如下:1、基于SWC... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２不同固態(tài)電解質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)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(jìn)作用。??１．３鋰－空氣電池的工作原理??通常，鋰－空氣電池根據(jù)使用的電解質(zhì)（液）可以分成三大類，如圖１－３所??示，分別為：（ａ）、質(zhì)子惰性的有機(jī)電解液體系；（ｂ）、組合（水系電解液－無(wú)機(jī)固??態(tài)電解質(zhì)－有機(jī)電解液）電解液體系；（ｃ）、全固態(tài)電解質(zhì)體系。因?yàn)殇嚕諝怆姵兀??或者嚴(yán)格地說(shuō)鋰－氧氣電池研究熱點(diǎn)集中在有機(jī)電解液體系，所以本小節(jié)內(nèi)容會(huì)??先分析有機(jī)電解液鋰－空氣電池發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)一步延伸到組合電解液體系，最后??闡述本論文研究重點(diǎn)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(zhì)子惰性的有機(jī)電解液型；（ｂ）有機(jī)－水組合電解??液型；（ｃ）全固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)）類型不同，但是都是使用鋰??片作為負(fù)極，氧氣作為正極活性物質(zhì)。在電池放電階段，鋰金屬失去電子變成鋰??離子進(jìn)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(chǔ)上，Ｚｈｏｕ等［７，８５－８９］提出并設(shè)計(jì)了液流型鋰－氧氣電池，其結(jié)構(gòu)如??圖１－７所示。與復(fù)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(jī)電解液與鋰負(fù)極接觸，有機(jī)電解液與水系電解液由無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔開(kāi)，不??同的是其正極水溶液中含有氧化還原電對(duì)，并由泵抽動(dòng)使其流動(dòng)。該電池的正負(fù)??極電化學(xué)反應(yīng)分別為：??負(fù)極反應(yīng)：ｎＬｉ－－ｄｌｓｃｈ＾ｅ?＞ｎＬ＼＋ｎｔ?（１－１１）??正極反應(yīng)：ＮＴ｜ａｑ＞?＋?ｎｅ－－峙―＞Ｍ（ｚ＇ａｑ）?（１－１２）??綜上所述，這種復(fù)合型固態(tài)電解液型鋰－氧氣電池可以有效地保護(hù)鋰負(fù)極，??避免放電產(chǎn)物阻塞空氣正極。目前最顯著的問(wèn)題是無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)需要在水系??電解液中保持穗定，否則其分解生成的副產(chǎn)物會(huì)損耗電池的壽命。另一方面，??無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率有限，鋰離子電導(dǎo)率較高的硫系電解液吸水性??很嚴(yán)重，無(wú)法用于復(fù)合型固態(tài)電解液。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高離子電導(dǎo)以及高穩(wěn)定性的??１３??

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



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