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鋰空氣電池的工作原理是怎樣的?

鉅大LARGE  |  點擊量:1662次  |  2019年12月13日  

鋰離子電池原理


當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。


同樣道理,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。


鋰空氣電池


鋰空氣電池是一種用鋰作負極,以空氣中的氧氣作為正極反應物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度,因為其陰極(以多孔碳為主)很輕,且氧氣從環境中獲取而不用保存在電池里。


與鋰離子電池需要鋰的化合物和石墨做電極不同,鋰空氣電池可以直接使用鋰金屬單質(Li)和空氣中的氧氣(O2)作為電極。在最理想的情況下,電池放電時,由氧氣氧化鋰單質生成過氧化鋰(Li2O2),在外電路中產生電流;充電時再由過氧化鋰分解成鋰和氧氣。全過程無需其它質量較大的元素參與,而陰極甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不計的空氣!


鋰空氣電池工作原理


鋰空氣電池的概念最早由Lockheed提出,電解液為堿性水溶液。氧氣在空氣電極上發生氧還原反應,形成氫氧化物。其放電反應方程為:


4Li+O2+2H2O→4LiOH(1-1)


放電過程中Li、H2O和O2被消耗,在Li表面生成了一層保護膜而阻礙電化學反應的快速進行。在開路或低功率的狀態下,Li的自放電率很高,并伴隨著Li的腐蝕反應:


Li+H2O→LiOH+1/2H2(1-2)


在水系電解液中,金屬Li極易和水反應,因此對鋰離子隔膜的阻水性有很高要求,目前還沒有商業化的產品。綜合考慮實用性和安全性,水系鋰空氣電池并非最終實際應用的首選。


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