「時代高科」前沿 | 美國研發鋰空氣電池 具有能量高效轉換和穩定的性能

2020-12-09 全國能源信息平臺

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導讀

美國的科學家展示了一種鋰空氣電池，該電池具有改進的能量和穩定性能，這歸功於使用了三磷化鉬作為充電和放電反應的催化劑。

鋰氧或鋰空氣電池是改善當今儲能技術的眾多途徑之一。鋰及其他金屬空氣電池因其具有高能量密度的潛力而在研究中受到青睞，然而，低效率和較差的循環壽命已證明在開發該技術時要克服許多困難。

提高性能的一種方法是使用催化劑加速電極上的反應。然而，尋找一種既能加快充電和放電速度又能加快速度的材料提出了進一步的挑戰，迄今為止報導的許多工作催化劑都依賴於價格昂貴的昂貴材料，包括鉑和金。

由伊利諾斯理工學院(IIT)領導的州立科學家在最近發表的一篇論文中說:「設計一種高活性催化劑，使能量屏障(過量輸入能量)最小化，從而在陰極形成和分解二氧化鈦納米粒子，是這項技術發展的關鍵挑戰。」

IIT的小組著手設計這種催化劑。在以前的研究中，三偏磷化鉬（Mo3P）有望作為類似反應的催化劑，因此評估其在鋰空氣電池中的性能為起點。該小組製造了一個定製設計的三電極電池，然後是一塊完整的鋰空氣電池。這項工作在《先進材料》上發表的論文《三偏磷化鉬納米顆粒上的動力學穩定的氧化物覆蓋層使鋰-空氣電池具有較低的超電勢和長的循環壽命》中有完整的描述。

使用三偏磷化鉬催化劑，電池在80毫伏（mV）和270毫伏（mV）的放電和充電超電勢下運行，這是鋰空氣電池中最低的。1200次循環後，電池還保持了接近其初始性能的100％。

對性能的仔細分析表明，在循環期間在陽極周圍形成了穩定的碳酸鋰（Li2CO3）層，從而防止了與空氣和電解質中的組分發生其他不希望的反應。催化劑還形成一層氧化鉬（MoO），從而進一步提高了電池的性能。

但是經過1000次循環後電池開始失去性能，該組將其歸因於電荷氧化還原介體的失活。然而，他們堅信通過進一步的工作，三偏磷化鉬催化劑對於儲能可能是一個有希望的發展。該論文總結說：「開發的表面重建的三偏磷化鉬催化劑具有動力學穩定的氧化覆層，為可持續儲能系統的發展提供了巨大的希望，這歸因於其在鋰空氣電池組電池中發現的獨特的電子和結構特性。」

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