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美国研发锂空气电池 具有能量高效转换和稳定的性能

TIME : 2020-11-30

导读:美国的科学家展示了一种锂空气电池,该电池具有改进的能量和稳定性能,这归功于使用了三磷化钼作为充电和放电反应的催化剂。


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锂氧或锂空气电池是改善当今储能技术的众多途径之一。锂及其他金属空气电池因其具有高能量密度的潜力而在研究中受到青睐,然而,低效率和较差的循环寿命已证明在开发该技术时要克服许多困难。


提高性能的一种方法是使用催化剂加速电极上的反应。然而,寻找一种既能加快充电和放电速度又能加快速度的材料提出了进一步的挑战,迄今为止报道的许多工作催化剂都依赖于价格昂贵的昂贵材料,包括铂和金。


由伊利诺斯理工学院(IIT)领导的州立科学家在最近发表的一篇论文中说:“设计一种高活性催化剂,使能量屏障(过量输入能量)最小化,从而在阴极形成和分解二氧化钛纳米粒子,是这项技术发展的关键挑战。”


IIT的小组着手设计这种催化剂。在以前的研究中,三偏磷化钼(Mo3P)有望作为类似反应的催化剂,因此评估其在锂空气电池中的性能为起点。该小组制造了一个定制设计的三电极电池,然后是一块完整的储能锂电池。这项工作在《先进材料》上发表的论文《三偏磷化钼纳米颗粒上的动力学稳定的氧化物覆盖层使锂-空气电池具有较低的超电势和长的循环寿命》中有完整的描述。


使用三偏磷化钼催化剂,电池在80毫伏(mV)和270毫伏(mV)的放电和充电超电势下运行,这是锂空气电池中最低的。1200次循环后,电池还保持了接近其初始性能的100%。


对性能的仔细分析表明,在循环期间在阳极周围形成了稳定的碳酸锂(Li2CO3)层,从而防止了与空气和电解质中的组分发生其他不希望的反应。催化剂还形成一层氧化钼(MoO),从而进一步提高了电池的性能。


但是,经过1000次循环后,电池开始失去性能,该组将其归因于电荷氧化还原介体的失活。然而,他们坚信通过进一步的工作,三偏磷化钼催化剂对于储能可能是一个有希望的发展。该论文总结说:“开发的表面重建的三偏磷化钼催化剂具有动力学稳定的氧化覆层,为可持续储能系统的发展提供了巨大的希望,这归因于其在锂空气电池组电池中发现的独特的电子和结构特性。”

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