锂空气锂电池阴极材料最好投哪类杂志

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-06-16 09:31 标签： 铝空气电池阴极
一种多孔锂空气电池空气阴极及其制备方法
08:53 来源:哈尔滨市知识产权局 作者:. 点击:
【申请(专利权)人】哈尔滨工业大学 【发明(设 计)人】顾大明;王余;杨丹丹 【联系地址】(150001) 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号 【摘 要】 一种多孔锂空气电池空气阴极及其制备方法，它涉及一种空气电池空气阴极及其制备方法。本发明要解决现有制备锂空
　　【申请(专利权)人】哈尔滨工业大学
　　【发明(设　计)人】顾大明;王余;杨丹丹
　　【联系地址】(150001) 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
　　【摘　　要】
　　一种多孔锂空气电池空气阴极及其制备方法，它涉及一种空气电池空气阴极及其制备方法。本发明要解决现有制备锂空气电池方法，不能有效解决锂空气电池因充放电存在较大的过电势和空气电极孔隙度较小的问题。本发明的阴极是由催化剂、碳粉、小分子碳源和基质制成。本发明的方法为一、称取催化剂、碳粉和碳源；二、将其加入到有机溶剂中，超声分散；三、将步骤二得到的糊状物均匀涂抹在基质上；四、将基质置于真空干燥箱中，在小于有机溶剂沸点的温度下，真空干燥；五、将干燥后的基质，恒温碳化，冷却后，即得多孔锂空气电池空气阴极。本发明应用于锂空气电池领用。
　　【主 权 项】
　　一种多孔锂空气电池空气阴极，其特征在于它是由催化剂、碳粉、小分子碳源和基质制成，其中，所述的催化剂和碳粉的质量比为1.0∶4.0～8.0；所述的小分子碳源是按照碳源碳化后碳的质量占总活性物质的10～30％来计算称取；所述的多孔锂空气电池空气阴极制备方法为：一、按照1.0∶4.0～8.0的质量比称取催化剂和碳粉，按照碳源碳化后碳的质量占总活性物质的10～30％来计算称取小分子碳源；其中，所述的催化剂和碳粉粒径均为1～100nm；所述的总活性物质为催化剂、碳粉和小分子碳源碳化后的碳；二、将步骤一称取的催化剂、碳粉和小分子碳源加入到有机溶剂中，在超声频率为50KHz～60KHz的条件下，处理1.0～3.0h，形成均匀的糊状液；其中，催化剂、碳粉和小分子碳源的总质量与有机溶剂的体积比为(0.05～0.09)g:1mL；三、将步骤二得到的糊状液均匀涂抹在基质上；其中，催化剂、碳粉和碳源的总质量与基质的面积比为(1.5～2.0)mg:1cm2；四、将步骤三涂好的基质置于平整的玻璃板上，置于真空干燥箱中，在小于有机溶剂沸点的温度下，真空干燥8～12h；五、将步骤四干燥后的基质在温度为350～500℃、氩气保护的条件下，恒温碳化0.5～3.0h，然后待冷却至室温，即得多孔锂空气电池空气阴极；步骤一中所述的小分子碳源为葡萄糖、蔗糖或麦芽糖。
　　【申 请 号】CN.6
　　【申 请 日】
　　【公开（公告）号】CNB
　　【公开（公告）日】(责任编辑：徐榕伯　审核：刘继伟)青岛能源所锂空气电池阴极关键材料研究取得系列进展----中国科学院
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青岛能源所锂空气电池阴极关键材料研究取得系列进展
文章来源：青岛生物能源与过程研究所
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【字号：】
锂空气电池是一种新型的金属空气电池，其理论能量密度为5200Wh/kg，高出现有电池体系1到2个数量级，可完全满足未来电动汽车对电源能量密度的要求（700 Wh/kg）。
在中科院、国家自然科学基金委、山东省杰青基金和青岛市太阳能储能技术重点实验室等攻关项目支持下，中科院青岛生物能源与过程研究所仿生能源与储能系统团队在锂空气电池阴极关键材料研究中取得系列新进展，相关研究成果发表于Chem. Commun., J. Phys. Chem. C, ChemSusChem., Coordin. Chem. Rev.等杂志上，并在电解质、电极材料体系和液流电池结构设计方面申请多项专利（一项电解质体系材料专利（ZL .4）已获授权）。
针对目前锂空气电池面临的充放电能量转化效率低、深度放电循环寿命短等两个核心问题，该团队从氮化物材料出发，通过材料及结构设计，构建了一系列高效的锂空气电池阴极材料（CN
A）。过渡金属氮化物（如MoN等）因其外层电子排布与贵金属Pt相似，对有机电解质体系界面表现出稳定的、良好的催化活性。该团队通过构效关系研究，设计构建了纳米复合结构的高性能锂空气电池阴极，成功地降低了电池的充放电极化，提高了能量转化效率（Chem. Commun., 291-11293; ChemSusChem, 12-1715）。
同时，针对目前锂空气电池循环寿命短等问题，该团队通过将Co元素引入氮化物材料，设计合成了具有双效催化性能的Co3Mo3N三元材料，构建了基于该材料的介孔纳米阴极，大大提高了锂空气电池在深度放电时的循环寿命（J. Phys. Chem. C, , 858–865）。此外，通过液流电池的结构设计，可大大消除非活性物质对电极界面的污染，并可通过有机无机复合电解质体系设计，将循环寿命提高70%（CN
基于上述研究，该团队在Coordin. Chem. Rev.发表文章，综述了氮化物纳米材料在能量储存方面，特别是在锂空高能电池中的应用，重点分析了氮化物在锂空气电池应用中的问题、解决方法和广阔前景。
锂空气电池阴极关键材料研究取得进展
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锂空气电池突破技术瓶颈 仍需10年才能投入商用
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上周四，英国剑桥大学研究人员公布的一份文件显示，他们已经开发出了一种锂空气电池，成功解决这种技术中的部分实际问题——尤其是化学上的不稳定问题。在此之前，由于这种化学上的不稳定，锂空气电池会显示出性能迅速衰退的现象。他们所研制出的锂空气电池具有较高的能量密度，并且能够循环充电2000次以上。该电池在理论上的能源使用效率超过90％。科学家们非常希望锂空气电池有一天能取代我们目前使用的锂离子电池。“锂离子充电电池已经被使用了近25年，”剑桥大学化学系的Clare P. Grey教授在电话中说，“25年前，结构更为紧凑的锂离子电池为便携式电子产品的出现铺平了道路，使我们随身携带的电子设备变得更为轻巧便携。锂离子电池技术在当时更适合消费者，而如今，是时候让锂空气电池来替代它了。”没有哪位化学家或工程师会说，锂离子电池是完美的。随着电动汽车的越来越普及，研究人员也开始将精力集中在研究锂空气电池上。因为锂空气电池比锂离子电池轻得多，更轻的汽车意味着更长的续航里程。可以肯定的是，锂空气电池在理想情况下具有更高的能量密度。理论上说，只有这种电池能让电动汽车在不必携带巨大而笨重的电池组的情况下，拥有可媲美汽油车及柴油车的续航里程。仍需10年才能投入商用在一份新闻稿中，剑桥大学的科学家们表示，虽然他们的研究已经成功克服了锂空气电池技术中最大的障碍，但是将锂空气电池用于商业用途至少还需要10年的时间。锂空气电池的基本化学原理十分简单。放电时，从负极出发的锂离子在正极与空气中的氧气反应，产生一种叫过氧化锂的固体产物，填充于碳电极的孔隙中。充电时，化学过程逆转，过氧化锂被分解释放氧气。锂空气电池的原型其实在很早之前就已经被成功制造了出来，该电池的蓄电能力理论上是目前市场上锂离子电池的10倍，而由于锂金属在化学上具有极其不稳定性，实际应用时存在多个重大缺陷。如何可靠地令上述反应在许多周期内反复发生，则是该技术面临的最大挑战。电池的反应产物过氧化锂及反应中间的产物超氧化锂都有较高的反应活性，会分解电解液，因此几个充放电循环后电池电量就会急剧下降，电池寿命较短；由于过氧化锂导电性能差，充电时很难分解，需要很高的充电电压，这还会导致分解电解液及碳电极等副作用。放电时，过氧化锂会堵塞多孔碳电极，导致放电提前结束；充电时，锂金属负极表面会呈树枝状向正极生长，最终可能导致短路，存在安全隐患；锂金属与空气中的水蒸气、氮气、二氧化碳都会发生反应，导致负极材料消耗，最终使电池失效。化学稳定性得到提升剑桥大学的研究人员改用多层次的大孔石墨烯作为正极材料，利用水和碘化锂作为电解液添加剂，最终产生和分解的是氢氧化锂，而不是此前电池中的过氧化锂。氢氧化锂比过氧化锂要稳定，大大降低了电池中的副反应，提高了电池性能。其中碘化锂除了帮助分解氢氧化锂外，似乎还起到了保护锂金属负极的作用，使电池对于过量的水有一定的免疫性。没有它，同量的水会直接使电池失效，完全无法充放电。由于石墨烯氧化物具有多孔性，研究人员估计这种电池可循环超过2000次。研究人员在新闻发布会上表示，他们将锂空气电池中的电压间隙降低到了0.2V，成功提高了电池性能和效率。他们所开发出的锂空气电池模型蓄电能力约为3000瓦时/千克，是现有锂离子电池的约8倍，可循环充放电上千次，首次循环充放电效率高达93%，即充入电池中93%的能量在放电时都能被使用。
仍有技术难关需攻克但当前锂空气电池仍然存在一些问题。电压间隙的减小以及石墨烯氧化物电极的大容量导致其只能容纳较小倍率的充放电，位于电池负极的金属锂有时仍会形成影响电池性能的树突。而且，正如我们在前文中所提到的，空气里不仅仅有氧气，在空气中的其他的化合物也可能导致锂空气电池不稳定。而这些问题的尚未解决，也意味着锂空气电池目前还是不能真正的投入商用。研发新的电池技术是很容易的，但是要将其真正投入使用还是需要攻克许多技术上的难关。研究人员表示他们目前正与多家公司合作，力求尽快推进这项技术。
本文来源：雷锋网
责任编辑：王晓易_NE0011
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