《鋰空氣電池空氣極的結構設計、製備及性能研究》是依託浙江大學，由王淼擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰空氣電池空氣極的結構設計、製備及性能研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：王淼
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰空氣電池空氣極的結構及其材料是決定電池容量大小、充放電次數及能否穩定供電的重要因素。本項目研究設計一種具有高效率催化效能、能穩定充放電的鋰空氣電池的空氣極結構，該結構將已配比好的金屬催化劑鍍覆於碳納米材料薄膜上，並與具有支持和氣體擴散功能的材料組合製備成空氣極。研究碳納米管（CNTs）薄膜或石墨烯膜的可控制備方法和金屬催化劑的鍍覆方法；研究空氣極碳納米材料的孔隙、孔徑及各種催化劑的微觀結構在充放電過程中的變化和電池容量、循環次數之間關係；探討空氣極、空氣、電解質三相界面的電極過程動力學問題，如氧氣還原反應速度變化和傳導電荷的關係；研究空氣極構成材料的厚度、比表面積的改變對於催化劑效能和空氣流量的影響；最後通過對實驗測試數據的分析與研究，搞清空氣極的溫度、電解液組分和PH值等的變化與電池電化學性能的關係。本項目的研究為面向汽車用鋰空氣電池的開發提供了重要的技術方法和實驗數據。
結題摘要
鋰空氣電池作為一種新興的能量密度體系的新成員，具有較高的理論能量密度，是鋰離子電池的十倍左右，已經能夠和汽油相媲美。研究製備鋰空氣電池的空氣極材料為面向汽車用鋰空氣電池的開發提供了重要的技術方法和實驗數據，將有利於促進環境和社會的和諧、長遠發展。 研究製備出的過渡金屬氧化物 MCo2O4（M=Ni，Mg，Fe，Cu），分別與碳複合材料作為鋰空氣電池的空氣極材料,其中，在MgCo2O4三維結構電極MgCo2O4@3D-G的基礎上，加入貴金屬催化劑Au，使得鋰空氣電池的循環壽命及過電勢都得到了更好的改善，進一步證明了Au@MgCo2O4@Graphene@Ni Foam複合材料的組合能夠提高催化性能。通過碳基金屬氧化物（RuO2@GNRs）、NiCo2O4@Graphene和3D graphene@CuCo2O4 MF複合材料作為鋰空氣電池的空氣極催化劑，也顯示出了其較好的穩定性和較長的循環壽命。 鋰金屬以其極高的理論容量、最低的電負性和純粹的鋰源等優點，成為電池領域的“明珠”，但是，枝晶型的鋰沉積方式引發的安全問題以及循環效率、循環壽命差這兩大超級難題始終沒有得到很好的解決，眾多的下一代超高能量密度的鋰電池，都將安全穩定作為使用的前提。 本項目研究製備出了新型雙氟磺醯亞胺鋰（bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI）/乙二醇二甲醚(DME)電解液；又以1，3-二氧五環（1,3-Dioxolane，DOL）作為溶劑, 研製出LiFSI-DOL電解液，能有效地抑制鋰枝晶的生長並改善循環效率、循環壽命。 NASICON結構的鋰離子導體，具有較高的鋰離子電導率、大的工作溫度範圍、高機械強度、空氣和水分穩定等優點，因而引起了研究人員的關注。採用以溶膠凝膠法合成的高純Li1:4Al0:4Ti1:6(PO4)3（LATP）納米晶體粉末為原料，通過流延法成膜，合成了LATP固態電解質片，製備出了高電導隔水的環氧樹脂改性LATP固態電解質，為提高電池的穩定性、循環壽命、安全性提供了一種新型的電解質製備工藝方法。
