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从锂电诞生到应用才短短的几十年,然而电池产业已经逐渐替代化石能源。尤其是动力电源与3C设备对锂离子电池有着源源不断的需求。而目前的LiCoO2材料(理论比容量275mAh/g)始终制约着锂离子电池的发展和应用。目前商业发展中,Tesla和比亚迪作为电动汽车的领头行业,分别选择三元正极材料和LiFePO4为锂离子电池正极材料。但Tesla依旧使用松下制作提供的18650电芯,以上千个电芯组装电池包,为汽车提供动力。同样,LiFePO4 由于理论容量只有170mAh/g,且振实密度低,比亚迪所推出的汽车多数还是油电混合的过渡状态。2016年5月10日,比亚迪在投资者互动平台表示,公司未来的插电式混合动力汽车将尝试使用三元锂电池。广受追捧的iphone 6S也因1715mAh的电池饱受争议,而后期推出的iPhone 6s Smart Battery Case更是显现了苹果公司在电源部分的短板。
来源新材料在线 ID:xincailiaozaixian
目前人们急需一种高性能的新型电池,2012年,牛津大学的Peter George Bruce教授在Nature发文提出新一代的高性能电池是锂硫电池和锂空气电池。如果说锂硫电池是替代锂离子电池的下一代锂电,那么锂空气电池将是锂电的最终形态。
锂空气电池原理
锂空气电池(Li-Air battery)正极为空气,负极为金属锂。传统商业化以LiCoO2为正极的锂离子电池的理论比容量为273.8mAh/g,能量密度为360 Wh/kg。而锂空气电池由于是一个开放体系,空气电极没有极限,因而理论容量大于其它封闭式电池。(以反应产物Li2O计算非水系能量密度为3505Wh/kg,水系以LiOH计算为3582Wh/kg,能量密度为LiCoO2电池的十倍左右)
锂空气电池电解液不同,具有不同的反应方程:
2Li+ + 2e– + O2→ Li2O2(非水系电解液)
2Li+ + 2e– + ½ O2 + H2O →2LiOH(水系电解液)
注:非水系电解液以有机溶剂替代水溶解锂盐,本文以非水体系为主。
反应方程相比LiCoO2和Li-S都要简单,但反应过程中同样存在一系列副反应,副反应产物以LiOH和Li2(CO3)为主。为降低副产物,提高循环效率,研究人员多以纯氧O2环境反应,因此锂空气电池(Li-Air battery)也称之为锂氧电池(Li-O2 battery)。
图1:LiCoO2型锂离子电池与Li-O2 电池的反应机理图
Li-O2电池简史
由于汽油等化石燃料的消耗和污染,人类需要新型可替代能源。但目前锂离子电池(LiCoO2材料)250 Wh/kg的能量密度与汽油1750 Wh/kg的指标相差太大,不能满足日常需求。
1976年
锂空气电池的概念被提出;
1979年
K. F. Blurton , A. F. Sammells 在J. Power Sources上发文并强调Zn-Air电池的发展潜力,并提出空气电池可以应用于汽车。
图2:Zn-Air电池结构分解图
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基于锂氧化学的极高的能量潜力,锂空气电池成为当前最先进的锂离子电池的替代品而被提升。然而,由于环境空气中存在非O2成分,锂空气电池的实际性能仅限于几个周期且能量效率低。特别是CO2进入电池系统,在放电过程中不可避免地形成碳酸锂,这导致充电电势的严重攀升和相关电池组件的分解。【成果简介
锂空气电池是一种非常有潜力的高比容量电池技术,其利用锂金属与氧气的可逆反应,理论能量密度上限达到11000Wh/kg,远超过锂电池目前200+Wh/kg的实际能量密度,因此得到了学术界和工业界的热捧,被广泛认为是一项电池领域中未来的颠覆技术。然而锂空电池方面的研究在业内也一直存在着不少质疑之声,不
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基于其高能量密度的优势,锂空气电池成为可充放二次电池领域的一个研究热点。现有绝大多数的锂空气电池的工作,仍停留在锂氧气电池这一初步阶段。然而,如何实现从锂氧气电池到锂空气电池的过渡,是锂空气电池实用化的一大难题。其中的核心难点主要集中在,相比于纯氧气环境下的氧还原过程,在空气气氛
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北极星储能网获悉,龙佰集团3月20日在回复投资者提问时表示,公司拥有的多个大型钒钛磁铁矿,储量巨大,具有丰富的钒资源。公司800吨/年废酸提钒项目已达标达产并实现对外销售。钒钛铁精矿碱性球团湿法工艺年产3万吨五氧化二钒创新示范工程目前正在推进中。公司看好钒电产业的未来发展,已经开始着手研
北极星储能网讯,近日,有投资者在互动问答平台询问海科新源子公司湖北宜昌占地1010亩投资105亿生产电解溶剂及添加剂等;是否已经投产?就目前进度能够为公司带来多少产能?海科新源回复:湖北25万吨电解液溶剂项目已建成投产,目前装置正常运行,1.27万吨添加剂项目正在建设中。
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北极星储能网获悉,2月6日,安徽荻港海螺3MW/18MWh全钒液流电池电解液租赁服务中标结果公告。公告显示,安徽海螺洁能科技有限公司中标该项目,中标金额:1386000元/年。招标文件显示,文件明确采购需求:(1)提供3MW/18MWh全钒液流电池电解液的租赁服务;(2)维护和保证钒电池电解液的正常使用等。最
近日,大连化物所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料研究组(504组)杨维慎研究员和朱凯月研究员团队在锌离子电池电解液研究方面取得新进展,揭示了电解液中水含量对正负极界面动力学和可逆性的影响,发现通过适当的调控电解液中的水含量,可以打破锌离子电池中高容量和长寿命难以兼得的限制,
北极星储能网获悉,1月16日,湖北安陆市“中部钒都”全产业链基地建设战略合作协议签约仪式暨武汉科技大学安陆钒产业研究院开工仪式举行。会上,安陆市委常委、副市长徐保成与海南美盛集团董事总经理、湖北美盛矿业有限公司董事长林栋,湖北工建集团党委委员、常务副总经理陈常青,大力储能技术湖北有
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