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来自 汽车 2019-10-10 17:17 的文章
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研究者发现可提升EV锂电池能量密度的新方法

近日,韩国研究人员发现,锂空气电池的性能与二氧化碳的含量有较大关联。相关论文已发表于《美国化学学会期刊》上。研究人员认为,电池中的Li2CO3根据锂空气电池中电解质的介电性能(dielectric properties),能够选择性地作为放电反应的最终产物。此外,他们还验证了Li2CO3在锂-氧气/二氧化碳电池循环中能够发生可逆反应。

研究者认为,了解锂空气电池中CO2的化学特性以及二氧化碳在电解质溶解时起到的作用对于锂空气电池的发展有重要意义。另外,基于Li2CO3来探究可充电锂-氧气/二氧化碳电池的可能性有一个最大的优点——最大限度地减少不良反应。

锂空气电池的最高理论能量密度约为3500瓦时/千克,是下一代电动车能量储存系统的良好动力源,可使电动车实现更长的行驶里程。锂空气电池的结构基于一对夹层电极(intercalation electrode)。在充电时,锂离子从阴极移动至电解液然后插进阳极;放电时,该过程逆转。

锂空气电池要达到商业化阶段还面临着许多科技与工程上的难题,包括对于电池反应机制的了解程度不够、电解质的化学性能不稳定、循环寿命短、离子传递速率低等因素,均在很大程度上导致了电池过高载荷现象。

研究人员指出:“现在还不知道当锂空气电池在无氧环境下测试时会发生何种情况,因为以前大部分研究都是在有氧环境下进行测试的,并将空气中其他成分对于电池性能的影响忽略不计。所以,证明二氧化碳对于锂空气电池的影响,就必须营造出一个温室环境,并逐个研究空气中其他成分(氮气、氩气、水、二氧化碳)对于电池性能的影响。”

假设通过防水膜可以去除水份(导致电解质和阳极劣化的主要物质),二氧化碳对于锂空气电池的化学特性应该有着最显著的影响,超过空气中其他成份的影响力。传统锂空气电池的阴极电压为3伏,在周围环境含有氩气和氮气时,3伏的电压无法激活电化学反应,而二氧化碳由于其惰性较强,则可承受响应的电化学反应。

化学稳定性的差异意味着最终产物Li2O2总会通过二氧化碳被转化成Li2CO3,而该不可逆反应限制了锂空气电池的循环性能。

另外,尽管二氧化碳在空气中的比例不高,但因为二氧化碳具有高溶解度,因此将其应用于电池反应中。为了进一步发展锂空气电池技术,必须将二氧化碳与Li2CO3对于锂空气电池性能的影响考虑在内。

韩国高级科学技术研究所(Korea Advanced Institute of Science and Technology)以及首尔国立大学(Seoul National University)研究小组研究了各种电解质条件下,利用量子力学模拟与试验验证相结合,研究锂氧气/二氧化碳电池的反应机理。

他们发现,一种低介电的电解质会形成Li2O2,而高介电解质会活化二氧化碳,产生Li2CO3。不过意外的收获是,他们发现类似二甲化砚之类的高电介质可使Li2CO3产生可逆反应。

研究者表示,这项发现非常重要,因为在含有二氧化碳的环境中,锂空气电池中Li2CO3的形成是不可避免的,然而目前发现了可以促使其发生可逆反应的物质,可使电池的循环性能更稳定。

文章来源:盖世汽车网

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