Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с литий-воздушной батареи )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Литий-воздушная батарея
Удельная энергия40 104 000 Дж / кг (теоретическое)
Плотность энергии? Дж / м³
Удельная мощность11400 Вт / кг
Номинальное напряжение ячейки2,91 В

Литий-воздушная батарея ( литий-воздух ) представляет собой металл-воздух электрохимического элемент или батарею химия , который использует окисление из лития на аноде и снижения из кислорода на катоде , чтобы вызвать протекание тока. [1]

Соединение лития и окружающего кислорода теоретически может привести к образованию электрохимических ячеек с максимально возможной удельной энергией . Действительно, теоретическая удельная энергия неводной литий-воздушной батареи в заряженном состоянии с продуктом Li 2 O 2, исключая массу кислорода, составляет ~ 40,1 МДж / кг. Это сопоставимо с теоретической удельной энергией бензина ~ 46,8 МДж / кг. На практике были продемонстрированы литий-воздушные батареи с удельной энергией ~ 6,12 МДж / кг на уровне элементов. Это примерно в 5 раз больше, чем у коммерческой литий-ионной батареи , и этого достаточно для запуска электромобиля массой 2000 кг.на ~ 500 км (310 миль) на одной зарядке с использованием 60 кг аккумуляторов. Однако практическая мощность и срок службы литий-воздушных батарей нуждаются в значительных улучшениях, прежде чем они смогут занять рыночную нишу.

Для разработки коммерческого внедрения необходимы значительные усовершенствования в области электролитов. [2] Рассматриваются четыре подхода: апротонный , [3] [4] [5] водный , [6] твердотельный [7] и смешанный водно-апротонный. [8]

Основным драйвером рынка аккумуляторов является автомобильный сектор. Плотность энергии бензина составляет приблизительно 13 кВт · ч / кг, что соответствует 1,7 кВт · час / кг энергии, передаваемой колесам после потерь. Теоретически литий-воздух может достигать 12 кВт · ч / кг (43,2 МДж / кг) без учета массы кислорода. С учетом веса полной аккумуляторной батареи (корпус, воздушные каналы, литиевая подложка), хотя сам литий очень легкий, плотность энергии значительно ниже. [9]


История [ править ]

Первоначально предложенные в 1970-х годах в качестве возможного источника энергии для аккумуляторных электромобилей и гибридных электромобилей , литий-воздушные батареи вновь привлекли научный интерес в конце первого десятилетия 2000-х годов благодаря достижениям в области материаловедения .

Хотя идея литий-воздушной батареи возникла задолго до 1996 года, [10] [11] [12] [13] соотношение риска и пользы воспринималось как слишком высокое, чтобы его можно было реализовать. Действительно, как отрицательный (металлический литий), так и положительный (воздушный или кислородный) электроды являются причинами, по которым, соответственно, перезаряжаемые литий-металлические батареи не смогли выйти на рынок в 1970-х годах (литий-ионный аккумулятор в мобильном устройстве использует LiC 6 - соединение графита на отрицательном электроде, а не металлический литий). Тем не менее, из-за предполагаемого отсутствия других альтернатив перезаряжаемым батареям с высокой удельной энергией и из-за некоторых первоначально многообещающих результатов академических лабораторий, [10] [11]количество патентов и публикаций в свободной области, связанных с литий-кислородными (включая литий-воздушные) батареями, начало экспоненциально расти в 2006 году. [14] [11] Однако технические трудности, с которыми сталкиваются такие батареи, особенно время перезарядки, азот и чувствительность к воде и [15] низкая проводимость заряженных частиц Li 2 O 2 являются серьезными проблемами. [16]

Устройство и работа [ править ]

Схема циклов заряда и разряда литий-воздушной батареи

Обычно ионы лития перемещаются между анодом и катодом через электролит. При разряде электроны следуют за внешней цепью, совершая электрическую работу, а ионы лития мигрируют к катоду. Во время зарядки пластин металлического лития на аноде, высвобождая O
2на катоде. [17] Рассматривались как неводные [18] (с Li 2 O 2 или LiO 2 в качестве продуктов разряда), так и водные (LiOH в качестве продукта разряда) Li-O 2 батареи. [19] [20] Водный аккумулятор требует защитного слоя на отрицательном электроде, чтобы металл Li не вступал в реакцию с водой.

Схема искусственной и спонтанной границы раздела электролитов

Анод [ править ]

Металлический литий - типичный выбор анода. На аноде электрохимический потенциал заставляет металлический литий высвобождать электроны в результате окисления (без участия катодного кислорода). Половина реакции: [21]

Ли ⇌ Ли + + е -

Литий имеет высокую удельную емкость (3840 мАч / г) по сравнению с другими материалами металл-воздушной батареи (820 мАч / г для цинка, 2965 мАч / г для алюминия ). [22] Некоторые проблемы влияют на такие клетки. Основная проблема при разработке анода - предотвратить реакцию анода с электролитом. Альтернативы включают новые материалы электролита или изменение интерфейса между электролитом и анодом. Литиевые аноды рискуют отложить дендритные литиевые отложения, снижая энергоемкость или вызывая короткое замыкание . [23] Влияние размера пор и распределения пор по размерам остается плохо изученным. [22]

При зарядке / разрядке в апротонных элементах слои солей лития осаждаются на аноде, в конечном итоге покрывая его и создавая барьер между литием и электролитом. Этот барьер первоначально предотвращает коррозию, но в конечном итоге тормозит кинетику реакции между анодом и электролитом. [24] Это химическое изменение границы раздела твердое тело-электролит (SEI) приводит к изменению химического состава по всей поверхности, что приводит к соответствующему изменению тока. Неравномерное распределение тока способствует росту ветвящихся дендритов и обычно приводит к короткому замыканию между анодом и катодом. [25]

В водных ячейках проблемы в SEI возникают из-за высокой реакционной способности металлического лития с водой. [26]

Несколько подходов пытаются решить эти проблемы:

  • Формирование литий-ионного защитного слоя с использованием ди- и триблок- сополимерных электролитов. [27] Согласно Seeo, Inc. [27] такие электролиты (например, полистирол с высокой литий-ионной проводимостью мягкого полимерного сегмента, такой как поли (этиленоксид (ПЭО) и смесь литий-солей)) сочетаются механическая стабильность жесткого полимерного сегмента с высокой ионной проводимостью смеси мягкого полимера и литиевой соли. Твердость препятствует короткому замыканию дендритов за счет механической блокировки.
  • Литий-ионное проводящее стекло или стеклокерамические материалы [7] [28] [29] (как правило) легко восстанавливаются металлическим литием, и поэтому тонкая пленка стабильного литий-проводящего материала, такого как Li
    3    П     или Ли
    3    N     , может быть вставлен между керамикой и металлом. Этот SEI на керамической основе препятствует образованию дендритов и защищает металлический литий от атмосферного загрязнения.

Катод [ править ]

На катоде во время заряда кислород отдает литию электроны посредством восстановления. Мезопористый углерод использовался в качестве катодной подложки с металлическими катализаторами [30], которые улучшают кинетику восстановления и увеличивают удельную емкость катода. [31] Марганец, кобальт, рутений, платина, серебро или смесь кобальта и марганца являются потенциальными металлическими катализаторами. При некоторых обстоятельствах катоды, катализируемые марганцем, работали лучше всего, с удельной емкостью 3137 мА · ч / г углерода, а катоды, катализируемые кобальтом, работали на втором месте с удельной емкостью 2414 мА · ч / г углерода. [32]Основываясь на первом моделировании литий-воздушных батарей в масштабе пор, микроструктура катода существенно влияет на емкость батареи как в режимах без блокировки пор, так и в режиме блокировки пор. [33]

Большинство ограничений для литий-воздушной батареи находится на катоде, что также является источником ее потенциальных преимуществ. На катоде должен присутствовать атмосферный кислород, но такие загрязнители, как водяной пар, могут его повредить. [4] Неполный разряд из-за блокировки пористого углеродного катода продуктами разряда, такими как пероксид лития (в апротонных конструкциях), является наиболее серьезным.

Катализаторы показали себя многообещающими в создании предпочтительного зародышеобразования Li
2О
2над Ли
2O , необратимый по отношению к литию. [34]

Литий-воздушные характеристики ограничены эффективностью реакции на катоде, поскольку большая часть падения напряжения происходит именно там. [22] Были оценены различные химические составы, различающиеся по электролиту. Это обсуждение сосредоточено на апротонных и водных электролитах, поскольку твердотельная электрохимия плохо изучена.

В ячейке с апротонным электролитом оксиды лития получают восстановлением на катоде:

Li + + e - + O
2+ * → LiO
2*
Li + + e - + LiO
2* → Ли
2О
2*

где "*" обозначает участок поверхности на Li
2О
2где происходит рост, который по сути представляет собой нейтральную вакансию Li в Li
2О
2 поверхность.

Оксиды лития не растворяются в апротонных электролитах, что приводит к засорению катода. [35]

A MnO
2Катод с нанопроволочной матрицей, дополненный генетически модифицированным вирусом бактериофага M13, обеспечивает удельную энергию в два-три раза выше, чем у литий-ионных батарей 2015 года. Вирус увеличил размер массива нанопроволок, который составляет около 80 нм в поперечнике. Полученные провода имели шиповатую поверхность. Шипы создают большую площадь поверхности для размещения участков реакции. Вирусный процесс создает сшитую трехмерную структуру, а не изолированные проволочки, стабилизирующие электрод. Вирусный процесс происходит на водной основе и протекает при комнатной температуре. [36] [37]

Электролит [ править ]

Усилия в области литий-воздушных батарей были сосредоточены на четырех электролитах: водном кислотном, водном щелочном, неводном протонном и апротонном.

В ячейке с водным электролитом при восстановлении на катоде также может образоваться гидроксид лития:

Водный [ править ]

Водный литий-воздушная батарея состоит из металлического лития анода, водного электролита и пористого углеродного катода. Водный электролит объединяет соли лития, растворенные в воде. Это позволяет избежать засорения катода, поскольку продукты реакции водорастворимы. [6] Водный дизайн имеет более высокий практический разрядный потенциал, чем его апротонный аналог. Однако металлический литий бурно реагирует с водой, и поэтому конструкция на водной основе требует наличия твердого электролита на границе раздела между литием и электролитом. Обычно используется литий-проводящая керамика или стекло, но проводимость обычно низкая (порядка 10 -3 См / см при температуре окружающей среды). [26]

Схема конструкции литий-воздушной батареи смешанного водно-апротонного типа.

Кислый электролит [ править ]

2Li + ½ O
2+ 2H + → 2Li + + H
2О

В реакции участвует конъюгированное основание. Теоретическая максимальная удельная энергия и плотность энергии литий-воздушной ячейки составляют 1400 Вт · ч / кг и 1680 Вт · ч / л, соответственно. [9]

Щелочной водный электролит [ править ]

2Li + ½ O
2+ H
2О → 2LiOH

Молекулы воды участвуют в окислительно-восстановительных реакциях на воздушном катоде. Теоретическая максимальная удельная энергия и плотность энергии литий-воздушной ячейки составляют 1300 Вт · ч / кг и 1520 Вт · ч / л, соответственно. [9]

Новые катодные материалы должны учитывать размещение значительных количеств LiO.
2, Ли
2О
2 и / или LiOH, не вызывая блокирования катодных пор, и используют подходящие катализаторы, чтобы сделать электрохимические реакции энергетически практичными.

  • Материалы с системой двойных пор предлагают наиболее многообещающую энергоемкость. [38]
  • Первая система пор служит хранилищем продуктов окисления.
  • Вторая система пор служит транспортом кислорода.

Апротический [ править ]

Схема конструкции литий-воздушной батареи апротонного типа.

Первыми были продемонстрированы неводные литий-воздушные аккумуляторы. [39] Они обычно используют смешанные растворители этиленкарбонат + пропиленкарбонат с солями LiPF 6 или бис-сульфонимида Li, как и обычные литий-ионные батареи, однако с гелеобразным, а не жидким электролитом. [40] Разница напряжений при зарядке и разряде постоянным током обычно составляет от 1,3 до 1,8 В (с OCP около 4,2 В) даже при таких смехотворно низких токах, как 0,01–0,5 мА / см² и 50–500 мА / г. C на положительном электроде (см. Рис. 2), [41] [42] [43] Однако карбонатные растворители испаряются и окисляются из-за высокого перенапряжения при зарядке. [44]Были рассмотрены другие растворители, такие как глимы с концевыми группами, ДМСО, диметилацетамид и ионные жидкости. [45] [46] Углеродный катод окисляется выше +3,5 V v Li во время заряда, образуя Li 2 CO 3 , что приводит к необратимой потере емкости. [46]

Большинство усилий было связано с апротонными материалами, которые состоят из анода из металлического лития, жидкого органического электролита и пористого углеродного катода. [3] Электролит может состоять из любой органической жидкости, способной сольватировать соли лития, например LiPF.
6, LiAsF
6, LiN (SO
2CF
3)
2, и LiSO
3CF
3), но обычно состояли из карбонатов , простых и сложных эфиров . [3] [17] Угольный катод обычно изготавливается из углеродного материала с большой площадью поверхности с наноструктурированным металлооксидным катализатором (обычно MnO
2или Mn
3О
4). Основным преимуществом является самопроизвольное образование барьера между анодом и электролитом (аналогично барьеру, образованному между электролитом и углеродно-литиевыми анодами в обычных литий-ионных батареях), который защищает металлический литий от дальнейшей реакции с электролитом. Несмотря на то, перезаряжаемая, [9] в Li
2О
2образующийся на катоде, как правило, нерастворим в органическом электролите, что приводит к накоплению на границе раздела катод / электролит. Это делает катоды в апротонных батареях склонными к засорению и увеличению объема, что постепенно снижает проводимость и ухудшает характеристики батареи. [6] [26] [47] Другая проблема заключается в том, что органические электролиты легко воспламеняются и могут воспламениться при повреждении элемента. [7]

Хотя большинство исследований сходятся во мнении, что Ли
2О
2является конечным продуктом разряда неводных Li-O 2 аккумуляторов, что свидетельствует о том, что его образование не протекает как прямое 2-электронное электровосстановление до пероксида O2-
2(который является обычным путем восстановления O 2 в воде на углероде), а скорее через одноэлектронное восстановление до супероксида O-
2с последующим его диспропорционированием:

2 LiO
2⇌ Ли
2О
2+ O
2

 

 

 

 

( 1 )

Супероксид (O-
2) традиционно считается опасным промежуточным продуктом в апротонных кислородных батареях из-за его высокой нуклеофильности , основности и окислительно-восстановительного потенциала [48] [49] Однако отчеты [50] [51] предполагают, что LiO 2 является промежуточным продуктом во время разряда до перекись ( Li
2О
2) и может использоваться в качестве конечного продукта разряда, потенциально с увеличенным сроком службы, хотя и с более низкой удельной энергией (немного более тяжелый вес батареи). Действительно, было показано, что при определенных условиях супероксид может быть стабильным в течение 20–70 ч при комнатной температуре. [50] Необратимая потеря емкости из-за диспропорционирования LiO 2 в заряженной батарее не рассматривалась.

Pt / C, по-видимому, является лучшим электрокатализатором для выделения O 2, а Au / C - для восстановления O 2, когда Li
2О
2это продукт. [52] Тем не менее, «производительность перезаряжаемых литий-воздушных батарей с неводными электролитами ограничена реакциями на кислородном электроде, особенно выделением O 2. Обычные пористые углеродно-воздушные электроды не могут обеспечить мАч / г и мАч / см 2 и скорость разряда на уровне, необходимом для аккумуляторов с действительно высокой плотностью энергии для электромобилей ». [52] Емкость (в мАч / см 2 ) и срок службы неводных Li-O 2 батарей ограничены отложением нерастворимых и плохо проводящих электроны фаз LiOx при разряде. [48] ( Ли
3О
4по прогнозам, имеет лучшую проводимость Li +, чем LiO 2 и Li
2О
2фазы). [53] Это делает практическую удельную энергию Li-O 2 батарей значительно меньше, чем предсказывает расчет уровня реагента. Похоже, что эти параметры достигли своего предела, и дальнейшее улучшение ожидается только от альтернативных методов.

Схема конструкции литий-воздушной батареи водного типа.

Смешанная водно-апротическая [ править ]

Конструкция водно-апротонной или смешанной литий-воздушной батареи является попыткой объединить преимущества апротонной и водной конструкций батарей. Общей чертой гибридных конструкций является двухкомпонентный (одна часть водного и одна часть апротонная) электролит, соединенный литий-проводящей мембраной . Анод упирается в апротонную сторону, в то время как катод контактирует с водной стороной. Литийпроводящая керамика обычно используется в качестве мембраны, соединяющей два электролита. [6] [9]

Использование твердого электролита (см. Рис. 3) является одним из таких альтернативных подходов, который позволяет комбинировать анод из металлического лития с водным катодом. [54] Керамические твердые электролиты (CSE) семейства NASICON (например, Li 1 − x A x M 2 − x (PO 4 ) 3 с A ∈ [Al, Sc, Y] и M ∈ [Ti, Ge]) был изучен. Совместимы с водой при щелочном pH и имеют большое электрохимическое окно (см. Рис. 3,4), их низкая проводимость по ионам Li + вблизи комнатной температуры (<0,005 См / см,> 85 Ом · см 2 ) [46] делает их непригодными для использования в автомобилях. и стационарные накопители энергии, требующие низкой стоимости (т. е. рабочие плотности тока более 100 мА / см2 ). Кроме того, как Ti, так и Ge восстанавливаются металлическим Li, и требуется промежуточный слой между керамическим электродом и отрицательным электродом. Напротив, твердые полимерные электролиты (ТПЭ) могут обеспечивать более высокую проводимость за счет более быстрого перехода воды и других небольших молекул, которые реагируют по отношению к металлическому Li. Среди наиболее экзотических мембран для Li-O 2 аккумуляторов - монокристаллический кремний. [44]

В 2015 году исследователи объявили о конструкции, в которой для анода использовался высокопористый графен , электролит из бис (трифторметил) сульфонилимида / диметоксиэтана лития с добавлением воды и иодида лития для использования в качестве «посредника». Электролит производит гидроксид лития (LiOH) на катоде вместо пероксида лития ( Li
2О
2). Результат обеспечил энергоэффективность 93% (разрыв напряжения 0,2) и более 2000 циклов включения без малейшего влияния на производительность. [55] [56] Однако конструкция требовала чистого кислорода, а не окружающего воздуха. [57]

Схема конструкции твердотельного литий-воздушного аккумулятора.

Твердотельный [ править ]

Твердотельный дизайн батареи является привлекательным для его безопасности, что исключает возможность возгорания от разрыва. [7] В современных твердотельных литий-воздушных батареях используются литиевый анод, керамический, стеклянный или стеклокерамический электролит и пористый углеродный катод. Анод и катод обычно отделены от электролита полимерно-керамическими композитами, которые усиливают перенос заряда на аноде и электрохимически связывают катод с электролитом. Композиты полимер-керамика уменьшают полное сопротивление. Основным недостатком твердотельной батареи является низкая проводимость большинства стеклокерамических электролитов. Ионная проводимость современных литиевых проводников на быстрых ионах ниже, чем у альтернатив с жидким электролитом. [58]

Проблемы [ править ]

По состоянию на 2013 год дизайнеры столкнулись с множеством проблем.

Катод [ править ]

Большинство ограничений для литий-воздушной батареи находится на катоде, что также является источником ее потенциальных преимуществ. Неполный разряд из-за блокировки пористого углеродного катода продуктами разряда, такими как перекись лития (в апротонных конструкциях), является наиболее серьезным. Было смоделировано несколько режимов выделений. [59] Параметр Da был определен для измерения изменений температуры, концентрации веществ и потенциалов. [60] [61]

Влияние размера пор и распределения пор по размерам остается плохо изученным. [22]

Катализаторы показали себя многообещающими в создании предпочтительного зародышеобразования Li
2О
2над Ли
2O , необратимый по отношению к литию. [34]

На катоде должен присутствовать атмосферный кислород, но такие загрязнители, как водяной пар, могут его повредить. [4]

Электрохимия [ править ]

В конструкциях ячеек 2017 года перенапряжение заряда намного выше, чем перенапряжение разряда. Значительное перенапряжение заряда указывает на наличие вторичных реакций. [62] Таким образом, электрический КПД составляет всего около 65%. [22]

Катализаторы типа MnO
2, Co, Pt и Au потенциально могут снизить перенапряжение , но эффект плохо изучен. [34] Некоторые катализаторы улучшают характеристики катода, особенно MnO.
2, а механизм улучшения известен как окислительно-восстановительный потенциал кислорода на поверхности, обеспечивающий множество начальных участков роста пероксида лития. [63] Сообщается также, что катализаторы могут изменять структуру оксидных отложений. [64] [65]

Еще одна проблема - значительное падение емкости элемента с увеличением скорости разряда. Уменьшение емкости ячейки связано с ограничениями кинетического переноса заряда. [22] Поскольку анодная реакция происходит очень быстро, считается, что пределы переноса заряда возникают на катоде.

Стабильность [ править ]

Длительная работа от аккумулятора требует химической стабильности всех компонентов элемента. Современные конструкции ячеек демонстрируют плохую стойкость к окислению продуктами реакции и промежуточными продуктами. Многие водные электролиты летучие и со временем могут испаряться. [22] Стабильность обычно нарушается паразитическими химическими реакциями, например реакциями с участием реактивного кислорода . [66] [67]

Приложения [ править ]

Транспорт [ править ]

Литий-воздушные элементы представляют интерес для электромобилей из-за их высокой теоретической удельной и объемной плотности энергии, сопоставимой с бензиновыми . Электродвигатели обеспечивают высокий КПД (95% по сравнению с 35% для двигателя внутреннего сгорания ). Литий-воздушные элементы могут предложить дальность действия, эквивалентную сегодняшним автомобилям с аккумуляторной батареей, размер которой составляет одну треть стандартного топливного бака, при условии, что баланс оборудования, необходимого для обслуживания аккумуляторной батареи, имел незначительную массу или объем. [ необходима цитата ]

Резервное копирование сетки [ править ]

В 2014 году исследователи анонсировали гибридную солнечную батарею. До 20% энергии, производимой обычными солнечными элементами, теряется, когда она направляется к батарее и заряжает ее. Гибрид хранит почти 100% произведенной энергии. В одной из версий гибрида использовалась калиево-ионная батарея, работающая на калий-воздушной батарее . Он обладал более высокой плотностью энергии, чем обычные литий-ионные батареи, стоил меньше и позволял избежать токсичных побочных продуктов. Последний прибор по существу заменил калий литием. [68]

В солнечном элементе использовалась сетка, сделанная из микроскопических стержней из диоксида титана, чтобы пропустить необходимый кислород. Захваченный солнечный свет производил электроны, которые разлагали пероксид лития на ионы лития, тем самым заряжая аккумулятор. Во время разряда кислород из воздуха пополнял перекись лития. [68]

См. Также [ править ]

  • Список типов батарей
  • Литий-ионный аккумулятор
  • Литий-железо-фосфатный аккумулятор
  • Литий-полимерный аккумулятор
  • Литий-ионный проточный аккумулятор
  • Литий-серная батарея
  • Электрохимическая ячейка металл-воздух
  • Нанопроволочная батарея
  • Нанопористая батарея
  • Соотношение мощности к весу
  • Цинково-воздушная батарея

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бадвал, Сухвиндер PS; Giddey, Sarbjit S .; Маннингс, Кристофер; Бхатт, Ананд I .; Холленкамп, Энтони Ф. (24 сентября 2014 г.). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии» . Границы химии . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh .... 2 ... 79B . DOI : 10.3389 / fchem.2014.00079 . PMC  4174133 . PMID  25309898 .
  2. ^ Christensen, J .; Albertus, P .; Санчес-Каррера, РС; Lohmann, T .; Козинский, Б .; Liedtke, R .; Ahmed, J .; Кожич, А. (2012). «Критический обзор литий-воздушных аккумуляторов». Журнал Электрохимического общества . 159 (2): R1. DOI : 10.1149 / 2.086202jes .
  3. ^ a b c Юнеси, Реза; Veith, Gabriel M .; Йоханссон, Патрик; Эдстрем, Кристина ; Вегге, Тейс (2015). «Соли лития для перспективных литиевых аккумуляторов: Li – металлические, Li – O 2 и Li – S» . Energy Environ. Sci . 8 (7): 1905–1922. DOI : 10.1039 / c5ee01215e .
  4. ^ a b c Ogasawara, T .; Дебар, AL; Holzapfel, M .; Novák, P .; Брюс, PG (2006). «Аккумуляторный Li2O2Электрод для литиевых батарей». Журнал Американского химического общества . 128 (4): 1390–1393. DOI : 10.1021 / ja056811q . PMID 16433559 . 
  5. ^ Дебарт, A; Бао, Дж; и другие. (2008). «α- MnO
    2    Нанопроволока: катализатор O
    2    . Электрод в литиевых аккумуляторных батарей» , Angew , Chem. . 47 (24): 4521-4524. DOI : 10.1002 / anie.200705648 . PMID  18461594 .
  6. ^ a b c d He, P .; Wang, Y .; Чжоу, Х. (2010). «Литий-воздушный топливный элемент с рециркулирующим водным электролитом для повышения стабильности». Электрохимические коммуникации . 12 (12): 1686–1689. DOI : 10.1016 / j.elecom.2010.09.025 .
  7. ^ a b c d Кумар, Б .; Kumar, J .; Leese, R .; Fellner, JP; Родригес, SJ; Абрахам, К.М. (2010). «Твердотельный перезаряжаемый литий-воздушный аккумулятор с длительным сроком службы». Журнал Электрохимического общества . 157 : A50. DOI : 10.1149 / 1.3256129 .
  8. ^ Ван, Yonggang (2010). «Литий-воздушная батарея с потенциалом непрерывного восстановления O2 из воздуха для передачи энергии». Журнал источников энергии . 195 (1): 358–361. DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2009.06.109 .
  9. ^ a b c d e Гиришкумар, G .; Макклоски, Б .; Luntz, AC; Swanson, S .; Вилке, В. (2010). «Литий-воздушная батарея: перспективы и вызовы». Журнал писем по физической химии . 1 (14): 2193–2203. DOI : 10.1021 / jz1005384 .
  10. ^ а б Авраам и Цзян 1996
  11. ^ a b c Лу и Амин 2013
  12. ^ Балаиш, Крайцберг и др. 2014 г.
  13. ^ Лу, Ли и др. 2014 г.
  14. ^ Огасавара, Дебарт и др. 2006 г.
  15. ^ Ли, Роев и др. 2015 г.
  16. ^ Gallagher, KG; Goebel, S; Greszler, T; Mathias, M .; Oelerich, W; Эроглу, Д. (2014). «Количественная оценка перспективности литий-воздушных батарей для электромобилей». Энергетика и экология . 7 (5): 1555–1563. DOI : 10.1039 / C3EE43870H .
  17. ^ а б Сюй, К. (2004). «Жидкие неводные электролиты для литиевых аккумуляторных батарей». Химические обзоры . 104 (10): 4303–417. DOI : 10.1021 / cr030203g . PMID 15669157 . 
  18. ^ Макклоски, Берк и др. 2015 г.
  19. ^ Балаиш, Крайцберг и др. 2014 г.
  20. ^ Иманиши и Ямамото 2014
  21. ^ Winter, M .; Бродд, Р.Дж. (2004). «Что такое батареи, топливные элементы и суперконденсаторы?» . Химические обзоры . 104 (10): 4245–4269. DOI : 10.1021 / cr020730k . PMID 15669155 . 
  22. ^ a b c d e f g Крайцберг, А .; Эйн-Эли, Ю. (2011). «Обзор литий-воздушных аккумуляторов - возможности, ограничения и перспективы». Журнал источников энергии . 196 (3): 886–893. Bibcode : 2011JPS ... 196..886K . DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2010.09.031 .
  23. ^ Tikekar, Mukul D .; Чоудхури, Снехаши; Ту, Чжэнъюань; Арчер, Линден А. (8 сентября 2016 г.). «Принципы проектирования электролитов и интерфейсов для стабильных литий-металлических батарей». Энергия природы . 1 (9): 16114. Bibcode : 2016NatEn ... 116114T . DOI : 10.1038 / nenergy.2016.114 . ISSN 2058-7546 . 
  24. ^ Аурбах, D. (2000). «Обзор выбранных взаимодействий электрод-раствор, которые определяют производительность литий-ионных и литий-ионных батарей». Журнал источников энергии . 89 (2): 206–218. Bibcode : 2000JPS .... 89..206A . DOI : 10.1016 / S0378-7753 (00) 00431-6 .
  25. ^ Уиттингем, MS (1976). «Накопление электрической энергии и химия интеркаляции». Наука . 192 (4244): 1126–1127. Bibcode : 1976Sci ... 192.1126W . DOI : 10.1126 / science.192.4244.1126 . PMID 17748676 . 
  26. ^ a b c Kowalczk, I .; Читать, J .; Саломон, М. (2007). «Литий-воздушные батареи: классический пример ограничений из-за растворимости». Чистая и прикладная химия . 79 (5): 851. DOI : 10,1351 / pac200779050851 .
  27. ^ а б Сингх, М .; Гур, I .; Бальсара, Н.П. (2009). «Материал твердого электролита, производимый методами обработки полимеров», заявка на патент США № 12271829.
  28. Перейти ↑ Bates, J. (2000). «Тонкопленочные литиевые и литий-ионные аккумуляторы» . Ионика твердого тела (Представленная рукопись). 135 (1–4): 33–37. DOI : 10.1016 / S0167-2738 (00) 00327-1 .
  29. ^ Visco, S .; Нимонм Ю. (2010). «Активные металлические / водные электрохимические элементы и системы», патент США № 7645543.
  30. ^ Новая энергия и топливо . 2011. По состоянию на 20 ноября 2011 г.
  31. ↑ Ред. Юрген О. Безенхард, Справочник по материалам батарей , New Your, Wiley-VCH, 1999, ISBN 3-527-29469-4 . 
  32. Перейти ↑ Abraham, KM (1996). «Литиево-кислородная аккумуляторная батарея на основе полимерного электролита». Журнал Электрохимического общества . 143 : 1–5. DOI : 10.1149 / 1.1836378 .
  33. ^ Андерсен, Чарльз П .; Ху, Хань; Цю, банда; Калра, Вибха; Солнце, Ин (2015). "Модель решенного переноса в масштабе пор, включающая катодную микроструктуру и рост пероксидов в литий-воздушных батареях" . J. Electrochem. Soc . 162 : A1135 – A1145. DOI : 10.1149 / 2.0051507jes .
  34. ^ a b c Лу, И-Чун (2010). «Влияние катализаторов на напряжения разряда и заряда литий-кислородных аккумуляторов». Электрохимические и твердотельные письма . 13 (6): A69. DOI : 10.1149 / 1.3363047 . ЛВП : 1721,1 / 79694 .
  35. Перейти ↑ Read, J. (2002). «Характеристика литиево-кислородной батареи с органическим электролитом» . Журнал Электрохимического общества . 149 (9): A1190 – A1196. DOI : 10.1149 / 1.1498256 .
  36. ^ «Воздушно-литиевые батареи становятся вирусными из-за большей прочности и производительности» . gizmag.com .
  37. ^ Ой, Д .; Qi, J .; Лу, YC; Zhang, Y .; Shao-Horn, Y .; Белчер, AM (2013). «Биологически усовершенствованная конструкция катода для увеличения емкости и срока службы литий-кислородных батарей» . Nature Communications . 4 : 2756. Bibcode : 2013NatCo ... 4.2756O . DOI : 10.1038 / ncomms3756 . PMC 3930201 . PMID 24220635 .  
  38. ^ Уиллифорд, RE; Чжан, JG (2009). «Конструкция воздушного электрода для длительной работы литий-воздушных аккумуляторов при высокой мощности» . Журнал источников энергии . 194 (2): 1164–1170. Bibcode : 2009JPS ... 194.1164W . DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2009.06.005 .
  39. ↑ Авраам и Цзян 1996.
  40. ^ Иманиши, Мацуи и др. 2014 г.
  41. ^ Балаиш, Крайцберг и др. 2014 .
  42. ^ Макклоски, Берк и др. 2015 .
  43. ^ Лю, Сюй и др. 2016 .
  44. ^ а б Лу и Амин 2013 .
  45. ^ Balaish & Kraytsberg et al. 2014 .
  46. ^ a b c Иманиши, Мацуи и др. 2014 .
  47. ^ Ли, Сянлинь; Фагри, Амир (2012). «Оптимизация катодной структуры литий-воздушных батарей на основе двумерной, нестационарной неизотермической модели». Журнал Электрохимического общества . 159 (10): A1747 – A1754. DOI : 10.1149 / 2.043210jes .
  48. ^ а б Балаиш, Крайцберг и др. 2014 .
  49. ^ Макклоски, Берк и др. 2015 .
  50. ^ а б Чжай, Лау и др. 2015 .
  51. ^ Лу, Ли и др. 2016 .
  52. ^ а б Лю, Сюй и др. 2010 .
  53. ^ Ши, Сюй и др. 2015 .
  54. ^ Visco 2004 .
  55. ^ Delacey, Линда (19 ноября 2015). «На пути к практичной литий-воздушной батарее возникло больше препятствий» . www.gizmag.com . Проверено 3 декабря 2015 .
  56. ^ Лю, Тао; Лескес, Михал; Ю, Ванцзин; Мур, Эми Дж .; Чжоу, Лина; Бейли, Пол М .; Ким, Гуну; Грей, Клэр П. (2015-10-30). «Цикл Li-O2 аккумуляторов за счет образования и разложения LiOH». Наука . 350 (6260): 530–533. arXiv : 1805.03042 . DOI : 10.1126 / science.aac7730 . ISSN 0036-8075 . PMID 26516278 .  
  57. ^ «Новый дизайн указывает путь к« совершенной »батарее» . Phys.org . 29 октября 2015 года . Проверено 3 декабря 2015 .
  58. ^ Кумар, Б .; Кумар, Дж. (2010). "Катоды для твердотельных литий-кислородных элементов: роль стеклокерамики Nasicon". Журнал Электрохимического общества . 157 (5): A611. DOI : 10.1149 / 1.3356988 .
  59. ^ Ю. Ван, Моделирование образования отложений разряда и его влияние на производительность литий-воздушной батареи, Electrochimica Acta 75 (2012) 239–246.
  60. ↑ Y. Wang и SC Cho, Анализ характеристик воздушного катода для литий-воздушных батарей, Журнал Электрохимического общества, 160 (10) A1-A9 (2013).
  61. ^ Ю. Ван, З. Ван, Х. Юань и Т. Ли, Оксидная емкость разряда и потеря напряжения в литий-воздушной батарее, Electrochimica Acta, 180 (2015) 382–393
  62. ^ Чжан, Т .; Imanishi, N .; Shimonishi, Y .; Hirano, A .; Takeda, Y .; Yamamoto, O .; Саммес, Н. (2010). «Новая литий-воздушная аккумуляторная батарея с высокой плотностью энергии» . Химические сообщения (Представленная рукопись). 46 (10): 1661–1663. DOI : 10.1039 / b920012f . PMID 20177608 . 
  63. ^ Чжэн, Юнпин; Сон, Кёнсе; Чон, Джэпён; Ли, Чэньчжэ; Хо, Юн-Ук; Парк, Мин-Сик; Чо, Maenghyo; Канг Юн-Мук; Чо, Кёнджэ (май 2015 г.). «Критический дескриптор для рационального дизайна катализаторов на основе оксидов в перезаряжаемых Li – O батареях: поверхностная плотность кислорода». Химия материалов . 27 (9): 3243–3249. DOI : 10.1021 / acs.chemmater.5b00056 .
  64. ↑ Даррен Квик (5 апреля 2010 г.). «Литий-воздушные батареи обеспечивают в три раза большую плотность энергии» . Дата обращения 5 октября 2011 .
  65. ^ Shimonishi, Y .; Zhang, T .; Imanishi, N .; Im, D .; Ли, диджей; Hirano, A .; Takeda, Y .; Yamamoto, O .; Саммес, Н. (2011). «Исследование литий-воздушных вторичных батарей - стабильность литий-ионно-проводящего твердого электролита типа NASICON в щелочных водных растворах». Журнал источников энергии . 196 (11): 5128–5132. Bibcode : 2011JPS ... 196.5128S . DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2011.02.023 .
  66. ^ Яо, Сяхуэй; Дун, Ци; Чэн, Цинмэй; Ван, Дунвэй (2016). «Почему выходят из строя литий-кислородные батареи: паразитарные химические реакции и их синергетический эффект» . Angewandte Chemie International Edition . 55 : 11344–11353. DOI : 10.1002 / anie.201601783 .
  67. ^ Образование синглетного кислорода во время процесса зарядки апротонной литий-кислородной батареи J. Wandt, P. Jakes, J. Granwehr, HA Gasteiger, R.-A. Эйхель, Энгью. Chem. Int. Эд. 2016, 128, 7006–7009. {{doi: 10.1002 / anie.201602142}}
  68. ^ Б Dimberuon, Пениэль М. (28 октября 2014). «Новая гибридная солнечная батарея решает проблему хранения энергии в солнечной энергии» . Singularity Hub . Проверено 17 декабря +2016 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Аргонн открывает главу в исследованиях аккумуляторов - литий-воздух
  • Аргоннские передовые исследования в области аккумуляторных батарей способствуют вытеснению бензина
  • Проект IBM Battery 500
  • Аккумуляторная компания PolyPlus
  • Lithion, Inc. Конструкция литий-воздушной батареи
  • Химики совершают прорыв на пути к созданию перезаряжаемой литий-кислородной батареи , Университет Ватерлоо
  • Квазитвердотельный перезаряжаемый литий-кислородный аккумулятор на основе гелевого полимерного электролита с ионной жидкостью.