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鋰空氣燃料電池的陰極材料分析

鋰空氣電池是一種用鋰作陽極,以空氣中的氧氣作為陰極反應物的電池,可謂綠色電池。

放電過程:陽極的鋰釋放電子后成為鋰陽離子(Li+),Li+穿過電解質材料,在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結合生成氧化鋰(Li2O)或者過氧化鋰(Li2O2),并留在陰極。鋰空氣電池的開路電壓為2.91V。

鋰-空氣電池并非新概念。由于在正極上使用空氣中的氧作為活性物質,理論上正極的容量密度是無限的,可加大容量。另外,如果負極使用金屬鋰,理論容量會比鋰離子充電電池提高一位數。但是,為什么鋰-空氣電池至今都未普及?原因是它存在致命缺陷,即固體反應生成物氧化鋰(Li2O)會在正極堆積,使電解液與空氣的接觸被阻斷,從而導致放電停止。

鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度,因為其陰極(以多孔碳為主)很輕,且氧氣從環境中獲取而不用保存在電池里。理論上,由于氧氣作為陰極反應物不受限,該電池的容量僅取決于鋰電極,其比能為5.21kWh/kg(包括氧氣質量),或11.14kWh/kg(不包括氧氣)。相對與其他的金屬-空氣電池,鋰空氣電池具有更高的比能],因此,它非常有吸引力。

科學家認為,鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍,可以提供與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電,因此這種電池可以更小、更輕。全球不少實驗室都在研究這種技術,但如果沒有重大突破,要想實現商用可能還需要較長時間。

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