氯甲酸三氯乙酯调控的锂空气电池正极界面反应研究文献综述

 2022-01-06 08:01

全文总字数:4458字

文献综述

锂空气电池简述锂空气电池由锂负极、电解质和催化氧还原的催化剂层(正极)组成。

其正极活性物质是氧气(O2),可以从空气中获得,不计算氧,质量能量密度达到极高的11425Whkg-1[1].电极两个可能的反应式如下:Li(s)==Li e-(负极)Li 1/2O2 e-==1/2Li2O2(正极)Li 1/4O2 e-==1/2Li2O(正极)目前锂空气电池尚未商业化,存在诸多问题:空气电极上发生的反应经常涉及到固-液-气三相,放电产物不溶于电解液,极易导致孔隙堵塞,反应提前终止;电解液处于半开放体系中,溶剂和空气接触,发生副反应;此外,由于电解液环境的复杂,金属锂负极易受腐蚀,稳定性差[2]。

因此,电池体系的改进可以从这些方面入手:进一步探究锂空气电池三相界面反应机理;正极材料催化剂必须能够有效保证正极表面放电产物的还原分解,提高电池的可逆性;开发具有多级孔结构的碳正极,提升正极材料孔隙率,容纳更多的放电产物,提升电极内部离子迁移速率,提高电池倍率性能;改进电解质,在不增加电解液黏度和降低电导率的前提下,提供更高的氧气迁移能力,并能够阻止水和氧气向锂负极扩散,保护金属锂负极[1]。

文献改进锂空气电池的方案合成催化剂是较常见的方案。

Li-Na Song等采用反向双溶剂法,制备了一种在特殊有机分子笼中(RuCNS@RCC3)高度分散的Ru纳米催化剂[3]。

有机材料中O或N原子旁边的C-H键容易和O22或O2发生反应,而Ru纳米团簇对离散RCC3基体约束良好,具有良好的催化活性、稳定性和耐久性。

Ru基催化剂性能较好,但属于贵金属,很多团队考虑经济效益,开发了数种非贵金属催化剂。

Samji Samira等研究了非贵金属氧化物催化剂(La2NiO4 δ, LNO) 与锂氧物种在固体和固体界面上的潜在催化作用,发现电化学性能高度依赖于氧化物的表面结构[4]。

棒状(001)NiO端的LNO纳米结构比多面体形状、不规则端的LNO结构或纯碳阴极具有更低的OER过电位,三重表面晶格氧原子通过电子转移与Li离子发生强烈的相互作用,导致锂化表面的形成,在锂化表面生长的LiO2和Li2O2结构都表现出导电性质。

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