有机体系锂空气电池空气电极相关研究综述

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1、精选公文范文管理资料有机体系锂空气电池空气电极相关研究综述　　为应对能源和环境两大全球性问题，人们对可再生能源（太阳能、风能和潮汐能等）的应用研究不断加深，与此同时，也对电能存储系统（如燃料电池、锂硫电池和金属-空气电池等）进行了广泛深入的探索。目前，锂离子电动车的电池能量密度即将达到其理论极限，严重制约着电动汽车的续驶里程，且电池造价占到了整车成本的65%[1].锂空气电池技术作为后锂离子时代的一种新型电池技术，具有5200W·h/kg的超高能量密度（考虑锂片和O2的质量）,是锂离子电池体系（150W·h/kg）的数十倍，预计可驱动电动汽车行驶500km

2、以上，接近汽油燃料汽车的行驶能力。文献[2]指出，锂空气电池的研究已获日本（NEDO（Newen-ergyandindustrialtechnologydevelopmentorganiza-tion）和Rising项目）、美国（DOE（Department[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料ofenergy）和EIH（Energyinnovationhub）项目）、中国（科技部973项目）政府的国家重点研究资助。　　近年关于锂空气电池的研究报道越来越多，涉及电解液、空气电极和催化剂等方面，涵盖整个电池体系研究进展的更新速度也较快。　　

3、锂空气电池的超高比能量来自两个方面：一是锂空气电池的正极活性物质（O2）直接从外界汲取而不存储在电池中；二是电池的负极材料金属锂拥有固体材料中的最高的比容量（3.862A·h/g）和最低的电极电势（-3.04V）[3].然而，锂空气电池还处于研究初期，要实现应用还面临着重大挑战，特别是电池组件材料的长寿命可循环充电性能仍有待提高。本文针对近年来有机体系锂空气电池空气电极上的反应机理、影响因素、正极材料及催化剂的研究进展作详细介绍。　　1有机体系锂空气电池及反应机理　　　　1996年，Abraham[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料等[

4、4]最先报道了有机体系的Li/LiPF6-聚丙烯腈/O2的锂空气电池，该电池达到了250~350W·h/kg的能量密度，远高于现有的锂离子电池。2006年，Ogasawara等[5]建立了基于碳酸酯类电解液体系的锂空气电池，首次实现了50次循环后，电池仍能保持600mA·h/g的容量。此后，锂空气电池的研究在国内外广泛开展起来。根据电解液的不同，锂空气电池可分为有机电解液型、水系电解液型、有机-水混合电解液型以及全固态电解质型4类。有机电解液型锂空气电池结构相对简单，理论上的能量密度最高，体系较为稳定，且由于无水环境包围锂片，电池的整体安全性较高，因而倍受

5、关注。　　有机电解液体系锂空气电池以金属锂作负极，多孔材料为正极（如碳纳米管和多孔金等）,从空气中汲取的O2为正极活性物质，碳酸酯类、砜类、醚类或腈类等有机物搭配锂盐为锂空气电池电解液体系[6-7].目前研究中，乙二醇二甲醚（1,2-dime-thoxyethane,DME）[8]、四乙二醇二甲醚（tetraethyleneglycoldimethyl[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料ether,TEGDME）[9]和二甲基亚砜（dimethylsulfoxide,DMSO）[10]作为电池电解液的情况较多。学界对于有机体系的氧化还原

6、机制（oxy-genreductivereaction/oxygenevolutionreaction,ORR/OER）有不同的见解[11-14],一般认为：①通过两电子过程，O2在正极表面直接被还原，与Li+结合生成Li2O2[13]　　2Li→2（Li++e-）（1）Li++e-+O→2LiO2（2）Li++e-+LiO→2Li2O2（3）②通过一电子过程O2首先被还原成O2-,与Li+生成不稳定的中间产物LiO2,然后再歧化得到Li2O2[15]Li→Li++e-（4）O2+e→-O2-（5）O2-+Li→+LiO2（6）2LiO→2L

7、i2O2+O2（7）Cao等[16]在DMSO电解液体系中采用电子顺磁共振测试方法，以5,5-二甲基吡咯啉-N-氧化物（5,5-dimethyl-1-pyrrolineN-oxide,DMPO）为捕捉物，在放电过程中成功捕获O2-（在充电过程中未检测到O2-）,提出氧化还原机制为：放电时，O2在空气电极上被还原成O2-,与Li+结合生成[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料LiO2后再发生歧化反应得到Li2O2;在充电过程中，Li2O2直接被还原产生O2,不形成任何中间体，同时释放Li+.放电过程中生成的Li2O2导电性极差，不溶于有机电

8、解液，而是停留在正极表面。大量的Li2O2会增大电极的阻抗，从而引