鋰空氣電池的工作原理是什么？它又是如何分類的？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-13 16:42
點擊量：次
鋰空氣電池是一種非常有潛力的高比容量電池技術(shù)，其利用鋰金屬與氧氣的可逆反應，理論能量密度上限達到11000Wh／kg，遠超過鋰電池目前200＋Wh／kg的實際能量密度，因此得到了學術(shù)界和工業(yè)界的熱捧。
鋰空氣電池的工作原理
鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。鋰空氣電池采用鋰作為負極活性材料，采用多孔的氣體擴散層電極作為正極材料，按電解質(zhì)體系主要分為有機電解液體、水性電解液體系、混合電解液體系和全固態(tài)電解質(zhì)體系。
鋰空氣電池的分類
整體上，鋰空氣電池可以分成六類：有機體系、水體系、離子液體體系、有機-水雙電解質(zhì)體系、全固態(tài)體系和鋰-空氣-超級電容電池。
1.水系鋰空氣電池
水系電解質(zhì)鋰空氣電池，電解質(zhì)是不同酸堿度的各種水溶液，在酸性和堿性不同的電解質(zhì)中，電池發(fā)生的化學反應也不同。鋰金屬在水系電解質(zhì)中腐蝕嚴重，自放電率特別高，使得電池循環(huán)性和庫倫效率都非常低。
2.有機系鋰空氣電池
該體系采用金屬鋰片作為負極，氧氣做正極，聚丙烯腈(PAN)基聚合物作為電解質(zhì)(溶劑PC、EC)，開路電壓(OCV)在3V左右，比能量(不計入電池外殼)為250—350Wh/kg。這個數(shù)據(jù)，拿到當前看，比較高，但與鋰單質(zhì)的理論極限相比，低太多。
3.水-有機雙液體系鋰空氣電池
水-有機雙液體系鋰空氣電池的基本形式，電池中負極金屬鋰處于有機電解液中，正極空氣電極一側(cè)電解液為KOH水溶液，中間以超級鋰離子導通玻璃膜隔開。這種新構(gòu)型鋰空氣電池的新穎之處在于不用擔心有機體系中空氣電極反應產(chǎn)物堵塞電極微孔的問題，水相中的氧氣在空氣電極上還原成可溶于水的LiOH。
4.全固態(tài)鋰空氣電池
全固態(tài)鋰空氣電池，中間的電解質(zhì)由3部分組成，最中間一層比例最大的是耐水性很好的玻璃陶瓷，靠近鋰負極和氧氣正極分別是兩個薄層的不同的高分子材質(zhì)。全固態(tài)鋰空氣電池不存在漏液問題，安全性有所提高，但固態(tài)電解質(zhì)與鋰負極、空氣電極、包括固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部的接觸，不會像液體電解質(zhì)那樣緊密，這就可能造成電池內(nèi)阻增大。相對有機體系鋰空氣電池，該體系構(gòu)造也較復雜。
總體而言，鋰空氣電池反應產(chǎn)物中，存在大比例不可逆成分，這是各種技術(shù)路線都無法規(guī)避的問題，必須正面解決。鋰空氣電池未來或顛覆電池領域，工業(yè)實用化路還很長。
鋰空氣電池的工作原理
鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。鋰空氣電池采用鋰作為負極活性材料，采用多孔的氣體擴散層電極作為正極材料，按電解質(zhì)體系主要分為有機電解液體、水性電解液體系、混合電解液體系和全固態(tài)電解質(zhì)體系。
鋰空氣電池的分類
整體上，鋰空氣電池可以分成六類：有機體系、水體系、離子液體體系、有機-水雙電解質(zhì)體系、全固態(tài)體系和鋰-空氣-超級電容電池。
1.水系鋰空氣電池
水系電解質(zhì)鋰空氣電池，電解質(zhì)是不同酸堿度的各種水溶液，在酸性和堿性不同的電解質(zhì)中，電池發(fā)生的化學反應也不同。鋰金屬在水系電解質(zhì)中腐蝕嚴重，自放電率特別高，使得電池循環(huán)性和庫倫效率都非常低。
2.有機系鋰空氣電池
該體系采用金屬鋰片作為負極，氧氣做正極，聚丙烯腈(PAN)基聚合物作為電解質(zhì)(溶劑PC、EC)，開路電壓(OCV)在3V左右，比能量(不計入電池外殼)為250—350Wh/kg。這個數(shù)據(jù)，拿到當前看，比較高，但與鋰單質(zhì)的理論極限相比，低太多。
3.水-有機雙液體系鋰空氣電池
水-有機雙液體系鋰空氣電池的基本形式，電池中負極金屬鋰處于有機電解液中，正極空氣電極一側(cè)電解液為KOH水溶液，中間以超級鋰離子導通玻璃膜隔開。這種新構(gòu)型鋰空氣電池的新穎之處在于不用擔心有機體系中空氣電極反應產(chǎn)物堵塞電極微孔的問題，水相中的氧氣在空氣電極上還原成可溶于水的LiOH。
4.全固態(tài)鋰空氣電池
全固態(tài)鋰空氣電池，中間的電解質(zhì)由3部分組成，最中間一層比例最大的是耐水性很好的玻璃陶瓷，靠近鋰負極和氧氣正極分別是兩個薄層的不同的高分子材質(zhì)。全固態(tài)鋰空氣電池不存在漏液問題，安全性有所提高，但固態(tài)電解質(zhì)與鋰負極、空氣電極、包括固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部的接觸，不會像液體電解質(zhì)那樣緊密，這就可能造成電池內(nèi)阻增大。相對有機體系鋰空氣電池，該體系構(gòu)造也較復雜。
總體而言，鋰空氣電池反應產(chǎn)物中，存在大比例不可逆成分，這是各種技術(shù)路線都無法規(guī)避的問題，必須正面解決。鋰空氣電池未來或顛覆電池領域，工業(yè)實用化路還很長。
