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二次锂空气电池高效能量转换与储存纳米材料的设计与调控
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TM912
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目通过全面、系统的分析,凝练出影响锂空气电池安全性、能量密度和寿命的深层次物理与化学问题,进而有针对性地开展锂空气电池性能演变及安全机制、关键材料设计与可控制备的理论基础、及高性能锂空气电池新体系构建的基础科学问题的研究。主要目的在于从源头上理清纳米催化材料和多孔空气电极在能量转换和储存过程中的机理,掌握离子、氧气分子等运输机制,电解质在分子水平上的优化设计以及与纳米催化材料之间相容性的提高等。 制备了高性能碳基催化材料及多种具有双效催化功能的纳米催化材料,包括Fe2O3/graphene正极催化剂和新型三维石墨烯-硫化钼气凝胶催化剂等,有效降低了ORR和OER过程中的过电位,提高了电池能量转换效率,减少了副反应。 对锂氧气电池的电解液进行了一系列的改进及优化;同时,也进行了一系列新型电解质的研究。如新型的LiFSI盐、八甲基环四硅氧烷(OMTS)添加剂、含有0.05M LiI的聚合物电解质、锂化全氟磺酸新型聚合物电解质以及呋喃(2-Me-THF)电解液、碳酸酯(PC)电解液中的Li+/Li电对的电化学行为研究,为锂氧气电池的能量密度提升提供了保证。 提出了一系列对锂氧电池负极改性的方法。如设计并合成具有3D柔性结构以及自愈合等多功能的新型聚合物电极粘结剂(PAA-P(HEA-co-DMA))以使商业化的SiO材料具有优异的循环性能和倍率性能、金属锂负极表面构建由烷基碳酸锂以及氯化锂组成的有机-无机杂化保护层,大大提高了金属锂的循环寿命。 在原位表征技术方面,利用电化学原位红外反射光谱研究了非水体系中O2电催化还原及氧化物分解过程的表面反应与动力学;将原位电化学红外谱学技术拓展至锂氧气电池电解液的不稳定性研究中,在分子水平上实时监测DMSO和分解产物在金表面的吸、脱附过程,初步揭示了DMSO的分解与电位以及活性中间产物间的关系。
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