高能量密度锂-空气电池技术

锂离子电池已被广泛应用在小型电子设备和大型电力系统，如混合动力电动汽车或电动汽车。然而，锂离子电池由于没有足够的能量密度而不能满足电动汽车或混合动力汽车的市场需求，因此许多厂商和科研机构正在集中研究具有较高能量密度的新电池系统，如锂-空气电池。介绍了锂-空气电池技术，重点研究了锂金属阳极、阴极、电解质和催化剂等。

介绍了各种类型的空气阴极，如基于碳、碳纳米管基的阴极和空气阴极等。锂-空气电池阴极反应提供大部分能量，因为大多数的细胞压降发生在空气阴极。非水系锂-空气电池能量远远低于理论值，因为其在放电终止之前多孔结构中充满了过多的氧化锂或过氧化物。因此，有必要优化碳电极的多孔结构。

介绍了不同类型的催化剂，如金属氧化物和复合基催化剂，碳和石墨烯基催化剂以及贵金属合金系催化剂。催化剂能显著促进阴极反应，其含有MnO2而表现出良好的抗氧化、抗堵塞性能。

目前，大多数疏质子锂-空气电池在纯氧气环境下工作，环境氧气带有水分，这可能会降低非水电解质和锂金属阳极。因此，该种电池与当前的锂离子电池相比，其具有较短的生命周期。由于从空气中很难分离氧气，因此聚四氟层膜只能减缓水进入。

新型电解质应具有低粘度、低挥发性、疏水性、高氧溶解度和扩散兼容、化学稳定性等特性，充电过程中不会释放CO2。因此，寻求新的电解质体系是锂-空气电池发展中所面临的新挑战。

锂金属作阳极相关联的主要问题是枝晶的形成。该枝晶形成是异质的，会导致电池短路和循环性能差，但这可通过锂阳极表面稳定的固体电解质来抑制。因此，采用一种新的固体聚合物电解质可防止枝晶的形成。

刊名：Journal of Applied Electrochemistry（英）

刊期：2014年第1期

作者：Md. Arafat Rahman et al

编译：王迪