铝空气电池阳极、空气阴极及电解质材料研究进展

铝空气电池具有无毒无害、比能量高、成本低、安全性好等优点,被称为"面向21世纪的绿色能源",作为燃料电池在备用电源、应急电源以及新能源汽车等领域有很好的发展前景。然而,目前铝空气电池的产业化进展缓慢,其瓶颈问题归根结底还是材料问题,铝合金阳极材料和空气阴极催化剂的电化学特性提升是拓展其应用的关键。简单介绍了铝空气电池的基本原理,重点综述了铝合金阳极材料和空气阴极催化剂的研究进展,概述了电解质的研究情况,并展望了其未来发展。     

锂空气电池的研究进展

随着动力电池和电网储能等对高性能电池需求的增大, 具有超高比能量的锂空气电池受到了越来越多的关注. 为了开发出循环性能好、安全实用的锂空气电池, 各国研究者对相应的正极材料、电解质、催化剂和防水透氧膜等都做了大量的探索性工作, 并取得了一系列的进展. 其中, 找到稳定的电解质、设法减小放电产物的钝化, 对锂空气电池的真正可逆循环最为关键. 本文以惰性有机电解质体系的锂空气电池为主, 总结了近年来在空气正极、催化剂、电解质和防水透氧膜等方面的最新研究成果, 同时简单介绍了其它体系的锂空气电池, 并提出了对锂空气电池未来的努力和发展方向.     

碳材料选择对锂空气电池放电性能的影响

锂空气电池的放电过程和放电容量与空气电极的组成密切相关。由于碳材料是空气电极的主要组成部分,故其本征属性会影响空气电池的性能。对几种碳材料的研究,发现电池在放电过程中放电产物附生于碳材料表面,且大尺寸中孔(30 nm)和大孔是放电反应的原发位置,同时,放电反应产物也存储在这些位置上。通过理想电极(CNTs)的对比实验也证实了这点。     

锂-空气电池电解液研究进展

锂-空气电池作为比能量最高的电池,有望解决电动汽车及能量存储问题,近年来备受全世界瞩目。在影响其商业化的众多问题中,电解液不稳定,含氧量低及放电产物溶解度小等问题是最关键的制约因素。针对上述限制条件,对非水体系电解液锂-空气电池的研究现状做了全面的阐述与剖析,并预测了未来的发展趋势。此外,还对离子液体,有机混合电解液,水系、有机-水系及全固态电解液体系锂-空气电池的研究进展做了全面调研与概述。     

非水电解质锂空气电池的开发与探索

由于锂空气电池有很高的理论能量密度,受到了研究人员的广泛关注。该种电池使用纯金属锂作为负极,正极为氧气,不需要在电极中储存,直接来自空气中。然而锂氧电池在实际应用中,仍然有许多的问题需要解决。诸如正极结构的设计、电解质组分的优选、以及充放电过程中电极的放电反应的研究等。综述了锂氧电池研究过程中面临的主要限制因素,并做了相应的阐述。     

锂空气电池中的碳基材料:优势与挑战

碳基材料具有丰富多元的形态和优异的性能,是目前储能材料的重要组成部分。简要评述碳基材料作为锂空气电池阴极时结构与性能的关系,讨论碳基材料的结构设计与功能调控的重要性,指明碳基材料在锂空气电池中的研究重点,并对其在锂空气电池中的应用进行了展望。     

设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极催化剂的研究进展

锂-空气电池具有极高的理论能量密度,成为下一代最有希望的电化学能量储存技术之一。锂-空气电池的性能主要取决于空气阴极表面发生的电化学反应,因此,合理设计具有高稳定性和可逆性的阴极是实现商业化可行的锂-空气电池的关键所在。然而,传统碳基电极的不稳定性导致的副反应会限制电池容量及其循环性能,因此,需要寻找能够替代碳基电极的新型电极。本文首先结合锂-空气电池的结构和阴极反应原理,提出了目前锂-空气电池面临的挑战,然后基于碳基阴极的不稳定性分析总结了设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极的方法,最后提出了阴极催化剂的合理设计和催化机理的深入理解对锂-空气电池阴极的性能改善起着决定性作用的观点。     

正极材料与催化剂对锂空气电池性能的影响及相关研究进展

锂空气电池因其高理论能量密度引起了广泛关注。评述了锂空气电池正极材料及催化剂研究情况,分析了正极材料的结构、组成及催化活性对锂空气电池放电容量、稳定性及循环性能的影响,探讨了固体催化剂与可溶性催化剂在降低充电过电位、提高锂空气电池的稳定性与循环性能方面的作用,阐述了正极对锂空气电池性能的重要性及研究所面临的挑战。     

锂空气电池研究进展

随着全球经济的不断发展,环境污染和资源问题对能源发展提出了新的要求,研究与开发高能量密度的电源体系势在必行。以空气作为正极活性物质和以金属作为负极活性物质的金属空气电池,可以直接利用空气中的氧气,表现出高比能量的特点,其理论比能量均在1000wh／kg以上。其中,锂空气电池具有较高的放电平台和较低的分子质量,表现出显著的优势。     

基于V2C催化剂的混合电解质锂空气电池催化机理研究

氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化活性的提高可以显著提高混合电解质锂空气电池的性能。二维材料V₂C(MXenes)具有丰富的组成、高比表面积和强稳定性等特点,受到广泛关注。本工作基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了V₂C的电子性质、碱性条件下氧气在V₂C表面的最佳吸附位点和氧气在V₂C表面的氧化还原过程,计算了V₂C的自由能和过电势,最后将其与混合电解质锂空气电池常用的MnO₂催化剂进行了比较。结果表明,V₂C作为混合电解质锂空气电池催化剂时,比常用的MnO₂催化剂的过电势更小,说明该催化剂可以提高电极的催化性能,是一种前景良好的ORR和OER双功能催化剂。     

全固态薄膜锂充电电池的研究进展

全固态薄膜锂充电电池由于安全可靠性强、能量密度大、工作电压高、循环寿命长等诸多优点已经成为微型电子器件匹配电源的良好选择.阴极、阳极、固体电解质材料是全固态薄膜锂充电电池的重要组成部分,对于其开发和研究十分重要.综述了目前应用较多的阴极、阳极及固体电解质材料,并阐述了其物理特性、电化学性能和主要的制备方法;电池结构设计同样影响着整个电池的性能,介绍了电池结构对充放电特性的影响,且展望了其今后的研究热点和发展方向.     

高能锂离子电池的研究进展

近年来,锂离子电池因其优异的性能,发展十分迅速,锂离子电池的优异性能与电极材料的制备工艺及选择等密切相关,本文系统介绍了锂离子电池的工作原理,正负极材料及电解质的研究进展,并对锂离子电池研究中出现的问题提解决的途径。     

锂离子电池正极材料的研究进展

综述了锂离子电池正极材料Ｌｉ－Ｃｏ－Ｏ、Ｌｉ－Ｎｉ－Ｏ、Ｌｉ－Ｍｎ－Ｏ体系及Ｌｉ－Ｖ－Ｏ、Ｌｉ－Ｔｉ－Ｏ等体系的研究进展,重点介绍了合成方法及其对性能的影响,并对有关文献进行了比较归纳,指出研究中存在的问题。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

硅基负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子电池理想的负极材料。然而硅基材料在循环过程中容量衰减快,影响了其实用性。从硅复合物粉末和硅薄膜两个重要研究方面对硅基负极材料进行了综述,指出在Si基复合负极材料的研究中,单一途径改性提升循环性能的幅度有限,很难达到实用化阶段。硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等方法的综合运用成为硅基材料研究的主导方向。     

一维纳米材料在锂离子电池中的研究进展

主要评述了近年来纳米棒、纳米管、纳米带、纳米纤维等一维纳米材料在锂离子电池正负极、隔膜及全固态电池固态电解质中的应用。一维纳米材料的比表面积大、孔隙率高,能为锂离子提供更短的嵌入脱出路径,还能有效缓解电池工作时产生的体积效应,从而大大提高锂离子电池的性能。介绍了不同方法制备的一维纳米材料在锂离子电池中对电化学性能的优化及提升,并重点介绍了具有产业化前景的静电纺丝法制备用于锂离子电池的一维材料近年的发展;展示了一维纳米材料在锂离子电池中的研究进展,并展望了其发展方向。     

锂离子电池高容量硅负极嵌锂过程中的表面成膜研究

采用交流阻抗法、EDS与XPS成分分析对锂离子电池高容量硅负极在首次嵌锂过程中的表面成膜行为进行了研究, 并对膜组分进行了详细测试与分析. 交流阻抗分析发现硅负极的表面成膜现象出现在较低的嵌锂电位下, 膜厚随着嵌锂过程的进行而增加, 其组分以LiF和Li₂CO₃为主. 通过Ar离子流对硅负极表面的深度刻蚀的XPS分析发现, 其表面的膜层为非均质层, 暴露于电解液中一侧的膜层组分中碳酸盐含量较高, 而随着深度的增加, LiF的相对含量增加, 靠近电极一侧的膜层可能存在着少量硅的氧化物及其与电解液的反应产物. 少量Si由于不可逆反应形成的化合物也存在于SEI膜的膜层中.     

锂离子电池正负极材料的研究

锂离子电池作为新一代的充电电池,近年来得到了飞速的发展.它以高的性能被用于手机电池、笔记本电脑和其它便携式电器.不久的将来,它将会为电动汽车或大型储存电能的电池提供能量.本文阐述了锂离子电池技术发展的现状,其中包括正极材料、负极材料、电解质以及与之发展相关的问题的成因,并分析了它们的优缺点.     

30 Years of Lithium‐Ion Batteries

Over the past 30 years, significant commercial and academic progress has been made on Li‐based battery technologies. From the early Li‐metal anode iterations to the current commercial Li‐ion batteries (LIBs), the story of the Li‐based battery is full of breakthroughs and back tracing steps. This review will discuss the main roles of material science in the development of LIBs. As LIB research progresses and the materials of interest change, different emphases on the different subdisciplines of material science are placed. Early works on LIBs focus more on solid state physics whereas near the end of the 20th century, researchers began to focus more on the morphological aspects (surface coating, porosity, size, and shape) of electrode materials. While it is easy to point out which specific cathode and anode materials are currently good candidates for the next‐generation of batteries, it is difficult to explain exactly why those are chosen. In this review, for the reader a complete developmental story of LIB should be clearly drawn, along with an explanation of the reasons responsible for the various technological shifts. The review will end with a statement of caution for the current modern battery research along with a brief discussion on beyond lithium‐ion battery chemistries.     

锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展

综述了锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展。重点探讨了导电聚合物在硫基正极材料改性中的制备方法、结构设计,并对其中存在的问题进行了分析。最后对硫/导电聚合物正极材料的进一步发展及商业化应用进行了展望。     

锂离子电池负极材料二氧化锡的研究进展

作为一种新型锂离子电池负极材料,二氧化锡由于具有高比容量、低嵌锂电势等优点而受到了广泛关注。但是二氧化锡在充放电循环中体积变化过大,导致其不可逆容量损失大、循环性能较差。纳米化和合金化是解决这一问题的有效途径。综述了纳米结构二氧化锡及其复合材料,特别是二氧化锡纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片等与无定形碳、碳纳米管、石墨烯的复合材料在锂离子电池负极材料中的研究进展,并展望了其应用前景。