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長春應(yīng)化所新型鋰-空氣電池關(guān)鍵材料及電池組研究獲進(jìn)展 已有17人參與
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轉(zhuǎn)自:科學(xué)院新聞http://www.cas.cn/ky/kyjz/201212/t20121227_3729094.shtml 電池比能量不足嚴(yán)重制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展。鋰-空氣二次電池因具有比現(xiàn)有鋰離子電池高出1~2個(gè)數(shù)量級的理論比能量,是最能夠取代汽油的電池種類,已成為電動(dòng)車電池的明日之星。然而受限于電解液和空氣電極等性能的嚴(yán)重不足,現(xiàn)有鋰-空氣電池存在能量轉(zhuǎn)化效率低、倍率性能差和循環(huán)壽命短等亟待解決的難題。 在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院等的大力支持下,中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所張新波研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在鋰-空氣電池研究方面取得一系列重要進(jìn)展。 該團(tuán)隊(duì)通過抑制鋰-空氣電池電解液分解,調(diào)控空氣電極固-液-氣三相界面以及優(yōu)化鋰-空二次電池體系與結(jié)構(gòu),成功將鋰-空氣電池循環(huán)壽命從目前文獻(xiàn)報(bào)道的最長100次大幅提高至500次。研究結(jié)果發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3699–3705; Chem. Commun., 2012, 48, 6948–6950; Chem. Commun., 2012, 48, 11674–11676; Chem. Commun., 2012, 48, 7598-7600上。 針對目前鋰-空氣電池用電解液在電池反應(yīng)中均有不同程度的分解,造成不可逆產(chǎn)物的生成和自身的消耗,嚴(yán)重限制電池的循環(huán)壽命的難題,該團(tuán)隊(duì)基于對現(xiàn)有電解液分解機(jī)理的認(rèn)識,首次將亞砜(DMSO)和砜(TMS)應(yīng)用于鋰-空氣二次電池中,有效促進(jìn)了可逆放電產(chǎn)物過氧化鋰(Li2O2)的生成,減少了副反應(yīng);通過詳細(xì)考察空氣電極對鋰-空氣電池性能的影響,發(fā)現(xiàn)空氣電極催化劑催化效率低、用于過氧化鋰等不溶放電產(chǎn)物存儲和反應(yīng)物傳輸?shù)目椎澜Y(jié)構(gòu)不合理、導(dǎo)電性差是制約鋰-空電池性能的關(guān)鍵因素。基于此,該團(tuán)隊(duì)首次提出了石墨烯一體化空氣電極的概念,成功地在泡沫鎳基體中構(gòu)筑了三維多孔石墨烯。泡沫鎳所具有的高導(dǎo)電性結(jié)合多孔石墨烯合適的孔道結(jié)構(gòu),使得所制備的鋰-空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能;此外,通過借助和發(fā)揮稀土鈣鈦石型復(fù)合氧化物優(yōu)異的電催化性能,有效降低了鋰-空氣電池充/放電過電位,進(jìn)一步大幅提高了能量轉(zhuǎn)化效率和倍率性能。 在以上研究成果的基礎(chǔ)上,為使鋰空氣電池真正應(yīng)用于電動(dòng)交通工具和太陽能、風(fēng)能等可再生能源儲能等領(lǐng)域,該團(tuán)隊(duì)還通過優(yōu)化鋰-空二次電池體系與結(jié)構(gòu),首次設(shè)計(jì)和開發(fā)出可實(shí)用化、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鋰-空氣二次電池電池組。 |
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