锂空气电池用CoZn-MOFs的催化剂制备及应用文献综述

 2021-11-02 08:11

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锂空气电池用CoZn-MOFs衍生材料的制备与性能研究目前发展较成熟的锂离子电池占据了大部分的市场,但是还有其他新兴的电池日益受到人们的关注,例如钠离子电池,多晶硅太阳能电池和锂空气电池等[1]。

不同于传统的摇椅式锂离子电池,基于电化学过程中的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER),金属空气电池可以实现可逆的充放电过程。

由于空气及活性物质(氧气)并不存储在电池内部,而是来自于外界,因而金属空气电池具有极高的理论能量密度,其中锂空气电池的理论能量密度几乎是锂离子电池理论容量的近10倍。

此外其成本低廉,绿色无污染,因此被普遍认为是下一代的二次电池技术,未来的电池之星[2]。

1976年Littauer 和 Tsai[2]首次提出了锂空气电池的概念,整个体系采用碱性水溶液作为电解质,因为水会与金属锂强烈反应,导致自放电,安全性差等问题,因此该想法难以进行,到1996年时,有人[4]提出了将有机电解质代替水,很好地解决了问题根源。

但是也存在新的问题:不溶于有机电解液的放电产物Li2O2或LiO2堆积在空气电极上而堵塞材料的物质传输通道,最终导致正极失效。

锂空气电池主要是由负极金属锂,空气正极多孔碳,正负极间隔膜以及锂离子传导电解液组成,其中空气正极一般包括碳基体材料,催化剂和粘结剂。

锂空气电池根据所使用的电解液种类不同分为四类:水系电解液,有机电解液,固体电解液和混合电解液。

锂空气电池的电极反应原理为:AnodeLi ←→Li e-Cathode2Li 2e- O2 ←→ Li2O2Battery 2Li O2←→ Li2O2锂空气电池的理想电极反应的电动势在2.96 V左右,但是实际充放过程中具有较大的过电势,造成很大的能源浪费,另一方面,充放电过程中生成的Li2O2或Li2O不能够溶解在电解质中,而是堆积在空气电极表面,堵塞锂离子和氧气的通道,而且遮盖了反应活性位点,导致充放电终止[6]。

大量研究结果使锂空气电池的基础电化学反应过程以及电极和电解液等材料对电池性能的影响规律越来越明晰。

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