客观日本

NIMS发现阻碍锂空气电池充电电压升高的原因

2020年08月17日 电子电气

日本国立研究开发法人物质材料研究机构(NIMS)首次发现,锂空气电池的充电电压强烈依赖于放电时生成的过氧化锂(Li2O2)的“结晶性”,过氧化锂的结晶性越高,充电电压也就越高。

充电电压升高是阻碍锂空气电池实现实用化的一大课题,此次的研究成果将成为抑制充电电压升高的重要发现。

锂空气电池拥有非常高的理论能量密度,因此在无人机、IoT设备,以及纯电动汽车和家用蓄电系统等领域的应用备受期待。锂空气电池存在的最大课题是,充电电压((过压)升高会诱发副反应,导致充电次数缩短。但此前关于充电电压升高的原因知之甚少。

此次,研究团队着眼于放电生成物过氧化锂(Li2O2)的结晶性,首次发现晶体结构越无序(结晶性较低),越能以低电压充电。已知过氧化锂(放电反应)通过以下两种途径生成:①在碳电极上发生反应、②经由电解液发生反应(歧化反应)。研究发现,通过①生成的Li2O2能以3.5V以下的电压充电(分解),而②则需要4V以上的电压,而且①生成的Li2O2结晶性更低。这个结果表明,充电电压升高是由反应路径②生成的高结晶性Li2O2引起的,只要抑制这种高结晶性Li2O2,就能降低充电电压。

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图:锂空气电池的放电过程(生成Li2O2)模式图

论文信息
题目:Quantitative Delineation of the Low Energy Decomposition Pathway for Lithium Peroxide in Lithium-Oxygen Battery
期刊:Advanced Science
doi:10.1002/advs.202001660

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部