水體系鋰空氣電池的發(fā)展現(xiàn)狀

　　4 復(fù)合負(fù)極的電化學(xué)性能

　　在實(shí)驗(yàn)室中研究鋰空氣電池的鋰復(fù)合負(fù)極電化學(xué)性能。構(gòu)成如下：Li／PEO18LiTFSI-BaTiO3/LTAP/1 mol/L 的LiCl/Pt.空氣。

　　復(fù)合負(fù)極的中間層是添加BaTiO3的聚合物電解質(zhì)，全部被封裝在復(fù)合薄膜中，如圖2 所示，只在LTAP 薄膜上開(kāi)一個(gè)與電解液的接觸口，電解液中使用Li 鹽溶液，空氣電極使用Pt 電極。圖4 顯示的是60 ℃時(shí)金屬鋰負(fù)極的充放電曲線，開(kāi)路電壓為3.8 V，與一般鋰離子電池的相近，開(kāi)路電壓在一個(gè)月內(nèi)沒(méi)發(fā)生變化，表明LTAP 與溶液接觸能保持相對(duì)穩(wěn)定。電流密度升至0.5 mA/cm2 電壓也沒(méi)損失，0.1 mA/cm2 的放電過(guò)電壓為50 mV，充電過(guò)電壓為20 mV 是可以實(shí)用的范圍。用同樣的電池24 h 長(zhǎng)時(shí)間以0.5 mA/cm2 放電、充電的試驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示，金屬鋰負(fù)極的比容量為1 124 mAh/g，相當(dāng)于金屬鋰?yán)碚撚?jì)算比容量值3 860 mAh/g 的30%。表明此電池即使在長(zhǎng)時(shí)間充放電情況下也具有穩(wěn)定的電化學(xué)性能。

圖4 在不同電流密度下鋰電極電壓隨時(shí)間變化曲線

圖5 充放電特征曲線

　　最后空氣電極也被封裝在復(fù)合薄膜中，呈一般電池結(jié)構(gòu)及充放電曲線如圖6 所示。如圖2 所示的實(shí)際鋰空氣電池被假設(shè)為電極及電解質(zhì)呈薄片堆積的形式，空氣電極為碳薄片附上微小的鉑顆粒，電池的結(jié)構(gòu)發(fā)生如下較小的變化，記為：Li/PEO18LiTFSI-BaTiO3/LTAP/HOAc-H2O-LiOAc/Pt 碳。空氣在此電解液中使用HOAc 和LiOAc 的混合溶液作為中和放電生成物L(fēng)iOH，使其溶解防止析出，來(lái)提升LTAP 的穩(wěn)定性。電池的理論比容量是約400 mAh/g，實(shí)際得到的比容量是其60%的250 mAh/g。這個(gè)電池在LiCl 溶液下的極化電壓為100 mV，進(jìn)行3.4 V 放電，4.2 V 充電，這可推測(cè)為空氣電極氧氣的氧化還原過(guò)電壓變大的原因。但質(zhì)量比能量還是比較高的，為850 Wh/kg，加壓防止HOAc 揮發(fā)的試驗(yàn)結(jié)果如圖7 所示，循環(huán)效率較好，第10 次的循環(huán)之后比容量幾乎沒(méi)有減少，這組數(shù)據(jù)表明水體系鋰空氣電池以可實(shí)用的比容量進(jìn)行了可逆性充放電。

圖6 鋰空氣電池示意圖、電池原形(LTAP 尺寸是10 mm×10 mm)及電池原形充放電性能曲線

圖7 充放電曲線圖