《鋰空氣電池堆設計及其關鍵材料電化學基礎研究》是依託上海交通大學，由廖小珍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰空氣電池堆設計及其關鍵材料電化學基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖小珍
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰-空氣電池是理想的高比能量化學電源,有望成功解決電動汽車行駛里程短的問題。目前該電池的研究工作正處於起步階段,仍有許多基礎問題需要解決。其中主要的問題是鋰金屬陽極的水腐蝕和空氣電極催化劑被產物覆蓋性能下降問題。本項目擬通過採用雙層電解質結構即鋰陽極側疏水複合電解質|空氣電極側水性膠體電解質的措施解決上述問題。首次提出了鋰空氣電池堆概念,將鋰金屬陽極/疏水複合電解質製成模組結構，用超吸水纖維氈吸載空氣電極側HAc-LiAc膠體電解質,結合採用卟啉金屬催化劑製備的高效薄型空氣電極組裝成鋰空氣電池堆。採用堆結構便於將空氣預處理除去CO2延長催化劑的使用壽命，並且將空氣以一定的壓力吹送到空氣電極有利於提高空氣電極反應效率，及解決電池散熱問題。
結題摘要
鋰空氣電池的研究尚處於初級階段，開發高效空氣電極催化劑和穩定的高性能電解質體系是鋰空氣電池發展的關鍵。本課題對發展鋰空氣電池高性能雙效催化劑和開發高鋰離子傳導性聚合物電解質膜做了大量研究工作，並取得良好成果。 首先，使用廉價的小分子含氮配體鄰菲羅啉作為絡合劑，螯合過渡金屬鈷，將獲得的鈷配合物負載於BP2000碳載體上，通過熱處理製備性能優良的Co-N/C雙效催化劑，考查了鈷載量和熱處理溫度對Co-N/C催化劑性能的影響。我們開發的廉價的Co-N/C催化劑在鋰空氣電池中的氧還原/氧析出催化性能與昂貴的大環化合物鈷卟啉催化劑相近，有極大的實際套用價值。 此外，採用靜電紡絲技術製備金屬/碳納米纖維（CNF）複合催化劑。利用碳納米纖維良好的長程導電性、纖維間交錯形成的三維立體氣體通道網路、纖維表面大量納米級微孔形成的高反應表面、以及金屬催化劑納米顆粒在纖維表面鑲嵌構成的特效結構，形成具備特殊微觀結構的高效氧電極。我們採用靜電紡絲技術製備的MnNi/CNF納米纖維複合催化劑套用於鋰空氣電池表現出優秀的電化學性能。此外，對MnNi/CNF催化劑的動力學機制進行了深入研究。MnNi/CNF催化劑中Ni對MnO催化劑的協同效應提高了複合催化劑上氧還原過程的動力學反應速率。MnNi/CNF納米纖維複合催化劑具有很好的套用前景。 在電解質體系研究方面，開發了高性能LiTFSI-DMMP/PFSA-Li複合膜。採用鋰化的全氟磺酸膜浸漬1M LiTFSI-DMMP(甲基磷酸二甲酯)溶液得到電解質膜。對該電解質膜套用在鋰空氣電池中的電化學性能進行深入研究。研究表明，O2在DMMP中具有很好的溶解性和擴散性能，使氧在DMMP溶劑的電解液體系中比常規電解液有更好的放電行為，循環伏安研究指出O2在該體系的放電過程是多步驟的過程，首先生成Li+(solvent)n…O2-，再進一步還原成Li2O2或Li2O。採用交流阻抗技術測量1.0 M LiTFSI-DMMP/PFSA-Li複合膜的電導常溫率為1.4×10-4S cm-1，比PVDF-HFP基電解質膜導電性高一個數量級，LiTFSI-DMMP/PFSA-Li電解質膜的優秀導電性與PFSA-Li結構中-SO3-Li+基團的高離子遷移能力有關。採用LiTFSI-DMMP/PFSA-Li聚合物電解質膜製備的鋰空氣電池表現出優秀的充放電性能。
