高性能非水性体系锂空气电池研究进展

随着清洁能源革命的到来,以电能代替燃汽驱动汽车行驶的方式已渐渐进入人们的视野。目前电动汽车使用的锂离子电池受制于其理论比能量较低,其连续行驶距离远低于内燃机动力汽车所能达到的距离。与锂离子电池不同,锂空气电池具有极高的理论比能量,有望取代锂离子电池成为电动汽车行业的核心技术。故本文综述了近几年锂空气电池在反应机理、非水性电解液和空气正极3个方面的最新研究进展,并展望了其未来的发展趋势。     

锌空气电池空气电极催化材料的研究

采用将Li2CO3,电解二氧化锰(EMD)和Co(NO3)2·6H2O混合进行高温固熔反应的合成方法,制备了1种尖晶石型金属氧化物催化材料LiMn2-xCoxO4。通过电化学测试(极化曲线、放电曲线)、X射线衍射分析(XRD)以及扫描电镜(SEM)等方法对电极的微观结构和性能进行了研究。实验结果表明,以LiMn1.95Co0.05O4为催化材料的气体扩散电极具有最好的综合电化学性能。其0.9V极化电位时的最大电流密度可达210mA/cm2AA型(5号)样品电池以100mA电流恒流放电,容量可高达4439mAh。     

锂空气电池空气电极层次多孔碳的制备及其性能

在不同表面活性剂浓度下通过溶胶-凝胶自组装方法制备了具有介孔结构的层次多孔碳材料（HPCs）。用场发射扫描电镜（FE-SEM）、透射电镜（TEM）、氮气吸脱附测试和恒流充放电测试对样品进行物理和电化学性能研究。结果表明：所有的HPCs主要为介孔结构并且具有相似的孔径分布。以HPCs为空气电极载体碳材料的锂空气电池具有较高的放电容量。且相似孔径大小的碳材料为载体的锂空气电池放电容量随着碳材料的比表面积增加而增加。在c（CTAB）=0.27 mol/L时制备的HPCs-3样品具有最佳的电化学性能。通过控制放电深度至800 mA·h/g,电池表现出良好的容量保持率,在0.1 mA/cm2电流密度下,首次放电容量为2050 mA·h/g。     

新型可充锂-空气电池的纳米刺状α-MnO_2/Pd空心微球催化剂(英文)

利用NaBH4溶液还原PdCl2的方法在具有纳米刺状表面的α-MnO2中空微球上沉积Pd,制备一种α-MnO2/Pd核壳型复合催化剂作为新一代可充锂-空气电池的催化剂。TEM、XRD和EDS等方法的分析结果表明,在催化剂中纳米Pd颗粒均匀地分布在刺状α-MnO2中空微球表面,Pd在催化剂中的质量分数约为8.88%。充放电测试结果表明,与纳米刺状的α-MnO2中空微球催化剂相比,α-MnO2/Pd复合催化剂提高了空气电极的能量转化效率和充放电循环性能。由Super P碳材料和所制备的α-MnO2/Pd复合催化剂所构成的空气电极在0.1mA/cm2电流密度下的首次放电比容量可以达1220 mA·h/g,经13次充放电循环后的容量保持率为47.3%。该纳米刺状α-MnO2/Pd核壳型复合催化剂是一种有前途的空气电池催化剂。     

锰掺杂二氧化钛纳米片为正极催化剂制备高性能锂空气电池

由于锂空气电池具有超高理论能量密度、低污染、零排放等特点,其在电动汽车方面具有良好的应用前景,因而吸引了全球众多研究者的关注。但其主要的问题是正极上的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)过程的钝化,导致放电性能和循环性能欠佳。本实验通过以Mn掺杂TiO₂作为正极催化剂,提高锂空气电池的电化学性能。首先,通过简便的水热方法处理煅烧过的金红石制备Mn-TiO₂;第二,将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶剂中,然后将KB和Mn-TiO₂与PVDF/NMP溶液混合,制备正极悬浮液。最后, 将正极悬浮液涂覆到碳纸上(直径 = 15 mm),并在60℃烘箱里烘干3h,获得空气正极。循环伏安法(CV)的结果表明,以Mn-TiO₂和KB为催化剂的正极具有较高的峰值电流密度。     

多孔Ag@Ni泡沫金属的制备及其在非水性锂空气电池上的应用

通过改进的置换反应,以三维网状结构泡沫镍为基底,制备了新型多孔Ag/Ni复合泡沫金属材料(Ag@Ni泡沫金属)。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)表明,泡沫镍基底上生成的金属Ag颗粒呈枝晶状且分布均匀。将其作为集流体首次应用于锂空气一次电池正极,通过线性伏安扫描(LSV)、电化学阻抗(EIS)和充放电测试研究了电极的电化学性能,结果表明,这种Ag@Ni泡沫金属作为锂空气一次电池的氧气极集流体,明显提高了还原反应的催化活性,改善了电化学反应性能,电流密度0.1 mA/cm2时,放电电压平台从2.66升高到2.73 V,容量也由2000 mAh/g增大到2750 mAh/g,且大电流密度下改善更为明显。     

锂离子电池预锂化技术研究进展

近年来,随着锂离子电池应用日益广泛,迫切需要开发高能量密度的锂离子电池来满足日益苛刻的动力、储能电池的性能要求。采用预锂化技术对锂离子电池电极材料进行处理,可以提升锂离子电池的首次库伦效率,减小首次充放电过程中的锂不可逆损失,对高容量的硅等材料的工业应用至关重要。本文综述了近些年来锂离子电池预锂化技术的研究进展,主要阐述了化学补锂法、电化学补锂法、添加剂补锂、过锂化正极、正极添加剂等几种常见的补锂技术研究,并对未来预锂化技术发展进行了展望。     

基于渐变孔隙正极和叉指型流道主动式锂空气液流电池电化学性能理论研究

提出了具有渐变孔隙正极结构的主动式锂空气液流电池,利用溶液泵驱动电解液循环,结合渐变孔隙正极结构,强化电极内部Li^+和O2扩散和结合能力,减弱电极钝化。基于COMSOL Multiphysics 5.3,建立二维电化学模型,用Darcy定律、Butler-Volmer方程和组分输运公式描述在渐变孔隙正极结构(ε=0.55+αX等)下电极内部电解液流动、正负极电化学反应及电解液中Li^+和O2浓度场分布。由于Li2O2积聚在正极孔隙内,电极比表面积下降,采用Carman-Kozeny方程修正渗透率K。研究渐变孔隙率、压强差、氧气参数、正极厚度及动力学速率系数对该电池放电性能影响。结果表明:在放电电流密度0.1 mA/cm^2,电池比电容量是被动式结构的2.5倍;与ε=0.85-0.1X相比,采用ε=0.55+αX结构的电化学性能较佳;在放电电流密度0.1 mA/cm^2下,正极厚度为500^750μm,电池放电性能较好。     

稀土化合物应用于高能锂硫电池的研究进展

锂硫电池是极具开发潜力和应用前景的新一代高比能金属锂二次电池.拥有独特4f轨道的稀土元素及其化合物具有特殊的光、电、磁与催化等性质,研究发现将稀土化合物引入锂硫电池体系能够有效解决制约锂硫电池发展的穿梭效应和锂枝晶问题并显著提升电池性能.本文全面综述了稀土化合物应用于锂硫电池正极、隔膜和电解质的最新研究进展和动态及其解...     

LiMn2-xCoxO4催化剂的溶胶-凝胶法合成

为了改善空气电极的电催化性能，提高锌空气电池的放电电流密度。采用溶胶．凝胶法制备了锌空气电池用催化剂LiMn2-xCoxO4。通过X射线衍射(XRD)、粒径分布、稳态电流．电压极化曲线等方法，研究了所得催化剂的结构及其电催化性能。并与高温固相反应法所得催化剂的结构与电催化性能作了对比。结果表明，当反应体系的pH值为7～8、温度为80℃时所得凝胶再经600℃下保温处理12h，可以得到具有最高催化活性的催化剂；溶胶．凝胶法合成催化剂的粒径较小，主要集中在1μm～4．5μm的范围内，粒度分布较窄，而高温固相反应法合成催化剂的粒径较大，主要集中在5μm～30μm的范围内。粒度分布较宽：2种方法所得的催化剂具有完全相同的晶态结构；溶胶．凝胶法和高温固相反应法催化剂的空气电极在-0．6V极化电位下的电流密度分别达到250mA／cm^2和210mA／cm^2，前者比后者的较高。     

锂离子电池含硫无机电极材料研究进展

锂离子电池含硫无机电极材料包括二元金属硫化物、硫氧化物、Chevrel相化合物、尖晶石硫化物、聚阴离子型磷硫化物等。综述了含硫无机材料作为锂离子电池电极材料的研究现状,展望其发展趋势,并指出聚阴离子型磷硫化物等新型材料的重大研究价值。     

纳米结构尖晶石型锂离子电池电极材料的研究进展

综述了近年来纳米结构尖晶石型锂离子电池电极材料（LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4和Li4Ti5O12）的研究进展,重点对纳米结构与电化学性能之间的关联性进行了总结和探讨,并对纳米结构电极材料的发展前景进行了展望。     

基于银氧化物电极的高比能电池研究进展

基于银氧化物电极(银电极)的高比能电池具有比能量大、输出功率高、放电平稳、安全可靠等优点;银电极作为此类电池的关键部件,决定着电池性能的优劣。简要介绍了银电极的工作原理和制备方法;详细分析了银电极中AgO分解、两坪阶电位、活性物质利用率和高倍率放电性能等研究现状;综述了锌银、铝银和锂银等几类基于银电极的高比能电池的原理与特点、发展与应用、性能与改进方法等;对基于银电极的高比能电池的发展方向进行展望。     

锂离子电池锑基负极材料研究进展

锑具有首次嵌／脱锂容量大等优点，是制备大容量高安全性锂离子电池负极潜在的优良材料。本文介绍了此系列材料的制备方法、特性及其用途。     

制备贮氢电池正极的工艺研究

采用正交试验方法研究了制备贮氢电池正极片的配方、导电剂、掺杂剂、添加剂、粘结剂以及制片压力等多种工艺因素对贮氢电池性能的影响,得到了制备贮氢电池正极片的最佳工艺条件：正极活性物质中添加３．０％～４．０％添加剂、１．０％～２．０％导电剂、２．０％～３．０％掺杂剂、复合粘结剂比例ＣＭＣ：ＰＴＦＥ＝０．２～０．６ ：１ ,制片压力为１０～１２ＭＰａ。研究发现：添加一定量的某 些掺杂剂如氧化钴等,可以有效地防止镍电极出现膨胀、脱落等现象,从而提高贮氢电池的循环寿命及自放电等性能。     

卷绕铅酸电池泡沫铅负极电化学行为的研究

以泡沫铅作为负极集流体制备了卷绕VRLA电池.采用计时电流法、循环伏安曲线、电化学阻抗谱和充放电实验研究了泡沫铅负极的电化学行为,结果表明泡沫铅负极的真实表面积比铅箔负极的大,因此泡沫铅负极具有较低的过电势,并且不论是在怎样的放电状态下,泡沫铅负极的电化学反应电阻较小;与铅箔负极相比,在10、5和2小时率放电状态下,泡沫铅负极的质量比容量分别增加25.9%,30.0%和48.2%.此外,SEM观察显示,泡沫铅负极表面活性物质为更加细小的晶体颗粒和具有更高的孔率.     

硅与氮化钛纳米复合材料作为锂离子电池负极的吸放锂性能研究

采用直流电弧等离子体方法合成了硅与氮化钛纳米复合材料,利用XRD,TEM等手段研究了其微观结构.结果显示,得到的纳米颗粒由Si和TiN以及部分Cu0.1Si1.9Ti组成,其形状为球形,颗粒尺寸大多分布在10～50 nm之间.用恒流充放电的方法研究了其作为锂离子电池负极的电化学行为,在锂的嵌入硅镍纳米颗粒的过程中,Si充当活性中心,而其中的TiN和Cu0.1Si1.9Ti作为惰性成分,不与Li反应,充当缓冲基体及导电剂的作用.当电流密度为150 mA·g-1时,电极的循环稳定性最好,首次可逆容量为737 mAh·g-1,20次循环后容量仍为542 mAh·g-1.在0.05～0.8V的电位区间的循环稳定性是最好的.     

La1-xSrxMnO3的制备及其电催化性能

为了改善空气扩散电极的电催化性能,提高锌空气电池的放电电流,采用溶胶-凝胶法制备了分子式为La1-xSrxMnO3的锌空气电池用电催化剂.通过X射线衍射(XRD)、稳态电流-电压极化曲线等方法研究了La1-xSrxMnO3催化剂的结构与电催化性能,并将其作为锌空气电池催化剂装配成AA型锌空气电池进行恒流放电测试.研究结果表明,当分子式中的x=0.3、热处理温度为700℃时,所合成催化剂La0.7Sr0.3MnO3具有最优的电催化活性;XRD的分析证实,该催化剂的结构为完美的钙钛矿型晶体结构;分别以La0.7Sr0.3MnO3和LaMnO3为催化剂的AA型锌空气电池的放电容量分别为4800mAh和4200mAh,前者比后者的放电比能量有显著的提高.该催化剂的研制成功将有助于加快锌空气电池的实用化进程.     

贮氢合金电极材料进展

简要综述贮氢合金电极材料三方面的最近进展 :(1)双相贮氢合金材料 ;(2 )复合贮氢电极材料 ;(3)镁基非晶及钠米晶贮氢电极材料。