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锂空气电池原理?锂空气电池工作原理?

作者:五金加工
文章来源:本站

  锂空气电池是一种用锂作阳极,以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。锂空气电池采用锂作为负极活性材料,采用多孔的气体扩散层电极作为正极材料,按电解质体系主要分为有机电解液体、水性电解液体系、混合电解液体系和全固态电解质体系。

  放电过程:阳极的锂释放电子后成为锂阳离子(Li+),Li+穿过电解质材料,在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂(Li2O)或者过氧化锂(Li2O2),并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91V。

  锂空气电池的概念最早由Lockheed提出,电解液为碱性水溶液。氧气在空气电极上发生氧还原反应,形成氢氧化物。其放电反应方程为:

  4Li+O2+2H2O→4LiOH(1-1)

  放电过程中Li、H2O和O2被消耗,在Li表面生成了一层保护膜而阻碍电化学反应的快速进行。在开路或低功率的状态下,Li的自放电率很高,并伴随着Li的腐蚀反应:

  Li+H2O→LiOH+1/2H2(1-2)

  在水系电解液中,金属Li极易和水反应,因此对锂离子隔膜的阻水性有很高要求,目前还没有商业化的产品。综合考虑实用性和安全性,水系锂空气电池并非最终实际应用的首选。

  非水电解液体系的锂空气电池使用了含有可溶性锂盐的有机电解液,工作原理是基于Li2O2的生成与分解:

  4Li+O2→2Li2O(1-3)

  2Li+O2→Li2O2(1-4)

  根据1-3式计算,锂空气电池的理论能量密度为5200Wh/kg,在实际应用中,由于氧气来自外界环境,排除氧气后的能量密度高达11430Wh/kg。目前对于全固态锂空气电池报道较少,其具有稳定性好、循环性能好、避免形成锂枝等优点,但其低导电性,容量和能量密度限制了其发展。每一种电池体系都有其各自的优点,同时也都面临着反应机理和工艺设计的难题。目前对于锂空气电池的研究大多数是采用有机电解液体系。

  目前水平的锂空气电池单体能量密度比高镍三元高不了太多。因此还需要技术上的突破,才能发挥电极的高比容量优势。

  

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