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锂空气燃料电池的阴极材料分析

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,可谓绿色电池。

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-空气电池并非新概念。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质,理论上正极的容量密度是无限的,可加大容量。另外,如果负极使用金属锂,理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。但是,为什么锂-空气电池至今都未普及?原因是它存在致命缺陷,即固体反应生成物氧化锂(Li2O)会在正极堆积,使电解液与空气的接触被阻断,从而导致放电停止。

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(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上,由于氧气作为阴极反应物不受限,该电池的容量仅取决于锂电极,其比能为5.21kWh/kg(包括氧气质量),或11.14kWh/kg(不包括氧气)。相对与其他的金属-空气电池,锂空气电池具有更高的比能],因此,它非常有吸引力。

科学家认为,锂空气电池的性能是锂离子电池的10倍,可以提供与汽油同等的能量。锂空气电池从空气中吸收氧气充电,因此这种电池可以更小、更轻。全球不少实验室都在研究这种技术,但如果没有重大突破,要想实现商用可能还需要较长时间。

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