1、有機(jī)水混合體系鋰空氣電池

有機(jī)水混合體系鋰空氣電池

在有機(jī)水混合體系中，金屬鋰電極一側(cè)為有機(jī)電解液，空氣電極一側(cè)為水相電解液。通過反應(yīng)可知，放電反應(yīng)的產(chǎn)物具有很好的溶解性，不存在電極堵塞的問題。關(guān)于有機(jī)-水混合鋰-空氣電池，其最關(guān)鍵的問題在于要完全消除金屬鋰與H。0、0。之間的反應(yīng)，就是要尋找合適的有機(jī)相與水相的隔膜，該隔膜要具有良好的室溫Li*導(dǎo)通性，要能很好地阻止H_0與0。通過，對(duì)有機(jī)與水相電解液均具有極好的抗化學(xué)腐蝕性，此外還需具備高的機(jī)械強(qiáng)度。目前有機(jī)-水混合體系的相關(guān)研究工作重要使用超級(jí)鋰離子導(dǎo)通玻璃膜（LithiumSuper-IonicConductorGlassFilm，簡(jiǎn)稱LISICON）作為隔膜。

研究發(fā)現(xiàn)利用LISICON作為隔膜，將具有很高氧氣擴(kuò)散速率的多孔空氣電極引入到有機(jī)-水混合體系中，發(fā)展出了Lil有機(jī)電解液|LISICON膜|10mL1mo1/LKOH|Mng0，為結(jié)構(gòu)的鋰空氣電池，使用廉價(jià)的Mn304代替Pt作為催化劑，利用Mna0活性碳復(fù)合材料作為電池的空氣電極，該電池可以持續(xù)放電500h，根據(jù)碳、膠粘劑以及催化劑的總重計(jì)算得空氣電極的比容量達(dá)到50000mAh/g，是目前所有鋰空氣電池報(bào)道的最高值。對(duì)該體系，研究員還提出了通過回收LiOH溶液提煉金屬鋰，從而實(shí)現(xiàn)鋰循環(huán)利用的理念。在0.5mA/cm2電流密度下，該電池的放電電壓約為3.1V，充電電壓約為3.8V，充放電電壓差約為0.7V，遠(yuǎn)小于有機(jī)體系的平臺(tái)電壓差。最近研究發(fā)現(xiàn)利用金屬Cu腐蝕的機(jī)制，通過Cu與Cu20之間的循環(huán)，來催化02還原反應(yīng)。在含有空氣的水溶液中，通常Cu將發(fā)生如下腐蝕反應(yīng)：2Cu+0.502→Cu20，假如Cu表面生成的Cu20能夠從外電路得到電子，Cu20又將被還原成Cu，反應(yīng)為：Cu20+H20+2e-1→2Cu+202以上兩反應(yīng)的總反應(yīng)即為：0.502+H20+2e-1-20H–這就是02在Cu表面的電化學(xué)還原過程。該思路為鋰離子電池、燃料動(dòng)力電池以及金屬腐蝕領(lǐng)域供應(yīng)了一個(gè)新的研究方向。

2、固態(tài)體系鋰空氣電池

固態(tài)體系鋰空氣電池

固態(tài)電池一直是鋰離子電池領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。研究固態(tài)、可充電、長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰空氣電池。該電池由金屬鋰作為負(fù)極，通過玻璃-陶瓷（GC）與聚合物-陶瓷材料碾壓制備的高鋰離子導(dǎo)通的固態(tài)電解液膜作為隔膜，高比表面積碳與離子導(dǎo)通的GC粉末混合所制備的固態(tài)復(fù)合材料為空氣電極。GC固體電解液膜具有很好的鋰離子電導(dǎo)率（30℃時(shí)大約為10-2S.m–l）PC膜可以降低電池的阻抗，增強(qiáng)負(fù)極上的電荷傳輸能力，并且可以將負(fù)極與GC膜進(jìn)行很好的電化學(xué)連接。利用A1箔包覆在金屬鋰的表面，一方面可以保護(hù)鋰，同時(shí)可以保證電池的阻抗穩(wěn)定。

充放電過程中，電池具有低的極化，其充、放電電壓可逆性較好。通過進(jìn)一步系統(tǒng)的研究，鋰空氣電池在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的比能量將可以超過1000Wh/kg。最近，利用氮摻雜的高比表面積碳作為固態(tài)鋰空氣電池的正極，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，其放電容量是未進(jìn)行氮摻雜的碳所組裝電池的兩倍。

金屬鋰在循環(huán)過程中的枝晶問題一直制約著其實(shí)際使用。人造鋰離子導(dǎo)通防護(hù)層的使用可以減少枝晶的形成，因此，高性能金屬鋰防護(hù)層的研發(fā)關(guān)于未來鋰空氣電池的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。