stringtranslate.com

Литий-воздушная батарея

Литий -воздушная батарея ( Li-air ) представляет собой металло -воздушный электрохимический элемент или химическую батарею , в которой используется окисление лития на аноде и восстановление кислорода на катоде для создания тока. [1]

Соединение лития и окружающего кислорода теоретически может привести к созданию электрохимических ячеек с максимально возможной удельной энергией . Действительно, теоретическая удельная энергия неводного литий-воздушного аккумулятора в заряженном состоянии с продуктом Li 2 O 2 и без учета массы кислорода составляет ~40,1 МДж/кг = 11,14 кВтч/кг лития. Это сопоставимо с теоретической удельной энергией бензина ~46,8 МДж/кг. На практике были продемонстрированы литий-воздушные аккумуляторы с удельной энергией ~6,12 МДж/кг = 1,7 кВтч/кг лития на уровне ячеек. Это примерно в 5 раз больше, чем у коммерческой литий-ионной батареи , и этого достаточно для пробега электромобиля массой 2000 кг примерно 500 км (310 миль) на одной зарядке с использованием 60 кг лития (т. е. 20,4 кВтч/100 км). ). Однако практическая мощность и срок службы литий-воздушных батарей нуждаются в значительном улучшении, прежде чем они смогут найти свою рыночную нишу.

Для разработки коммерческого внедрения необходимы значительные достижения 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 примерно 13 кВт·ч/кг, что соответствует 1,7 кВт·ч/кг энергии, передаваемой колесам после потерь. Теоретически литий-воздух может достигать 12 кВт·ч/кг (43,2 МДж/кг) без учета массы кислорода. Учитывая вес полного аккумуляторного блока (корпус, воздушные каналы, литиевая подложка), хотя литий сам по себе очень легкий, плотность энергии значительно ниже. [9]

История

Первоначально предложенные в 1970-х годах в качестве возможного источника питания 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 создания литий-воздушной батареи возникла задолго до 1996 года, [10] [11] [12] [13] соотношение риска и пользы считалось слишком высоким, чтобы его можно было реализовать. Действительно, как отрицательный (металлический литий), так и положительный (воздушный или кислородный) электроды являются причинами того, что перезаряжаемые литий-металлические аккумуляторы не смогли выйти на рынок в 1970-х годах соответственно (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, а также из-за некоторых изначально многообещающих результатов академических лабораторий, [10] [11] как количество патентов, так и бесплатных публикаций, связанных с литий-кислородными батареями, (включая литий-воздушные) батареи начали экспоненциально расти в 2006 году. [14] [11] Однако технические трудности, с которыми сталкиваются такие батареи, особенно время перезарядки, чувствительность к азоту и воде, а также [15] внутренняя плохая проводимость заряженного Li 2 Виды O 2 представляют собой серьезную проблему. [16]

Конструкция и эксплуатация

Схема циклов зарядки и разрядки литий-воздушной батареи

Обычно ионы лития перемещаются между анодом и катодом через электролит. При разряде электроны следуют по внешней цепи, совершая электрическую работу, а ионы лития мигрируют к катоду. Во время зарядки металлические литиевые пластины помещаются на анод, освобождая O
2на катоде. [17] Рассмотрены 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 аккумуляторы. [19] [20] Водная батарея требует защитного слоя на отрицательном электроде, чтобы предотвратить реакцию металлического лития с водой.

Анод

Схема границы искусственного и спонтанного электролита

Металлический литий является типичным выбором анода. На аноде электрохимический потенциал заставляет металлический литий выделять электроны посредством окисления (без участия катодного кислорода). Полуреакция: [21]

Ли ⇌ Ли + + е −

Литий имеет высокую удельную емкость (3840 мАч/г) по сравнению с другими материалами металло-воздушных аккумуляторов (820 мАч/г для цинка, 2965 мАч/г для алюминия ). [22] Такие клетки затрагивают несколько проблем. Основная проблема при разработке анодов — предотвратить реакцию анода с электролитом. Альтернативы включают новые материалы электролита или изменение конструкции интерфейса между электролитом и анодом. Литиевые аноды создают риск дендритных отложений лития, 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 анод, в конечном итоге покрывая его и создавая барьер между литием и электролитом. Этот барьер первоначально предотвращает коррозию, но в конечном итоге препятствует кинетике реакции между анодом и электролитом. [24] Это химическое изменение границы раздела твердое тело-электролит (SEI) приводит к изменению химического состава 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 элементах проблемы SEI связаны с высокой реакционной способностью металлического лития по отношению к воде. [26]

Несколько подходов пытаются преодолеть эти проблемы:

Катод

На катоде во время зарядки кислород отдает электроны литию посредством восстановления. Мезопористый углерод использовался в качестве подложки катода 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 с марганцевым катализом показали лучшие результаты с удельной емкостью 3137 мА·ч/г углерода, а катоды с кобальтовым катализом показали себя вторыми с удельной емкостью 2414 мА·ч/г углерода. [32] Согласно первому моделированию литий-воздушных батарей в масштабе пор, микроструктура катода существенно влияет на емкость батареи как в режиме без блокировки пор, так и в режиме блокировки пор. [33]

Большинство ограничений литий-воздушной батареи приходится на катод, что также является источником ее потенциальных преимуществ. На катоде должен присутствовать кислород воздуха, но такие загрязнения, как водяной пар, могут его повредить. [4] Наиболее серьезным является неполный разряд из-за закупорки пористого углеродного катода продуктами разряда, такими как пероксид лития (в апротонных конструкциях).

Катализаторы показали многообещающую возможность создания преимущественного зародышеобразования Li.
2О
2над Ли
2O , который необратим по отношению к литию. [34]

Производительность Li-air ограничена эффективностью реакции на катоде, поскольку там происходит большая часть падения напряжения . [22] Было проведено исследование нескольких химических веществ, различающихся электролитом. Это обсуждение сосредоточено на апротонных и водных электролитах, поскольку электрохимия твердого тела плохо изучена.

В ячейке с апротонным электролитом оксиды лития образуются путем восстановления на катоде:

Ли + + е − + О
2+ * → ЛиО
2*
Li + + e − + LiO
2* → Ли
2О
2*

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

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

MnO​
2Катодный массив нанопроволок, дополненный генетически модифицированным бактериофаговым вирусом M13, обеспечивает в два-три раза большую плотность энергии, чем литий-ионные батареи 2015 года. Вирус увеличил размер массива нанопроволок, который составляет около 80 нм в поперечнике. Полученные провода имели шипованную поверхность. Шипы создают большую площадь поверхности для размещения мест реакции. Вирусный процесс создает сшитую трехмерную структуру, а не изолированные провода, стабилизируя электрод. Вирусный процесс основан на воде и протекает при комнатной температуре. [36] [37]

Электролит

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

В ячейке с водным электролитом восстановление на катоде также может привести к образованию гидроксида лития:

Водный

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

Кислый электролит

Схема конструкции литий-воздушной батареи смешанного водно-апротонного типа.
2Li + ½ О
2+ 2H + → 2Li + + H
2О

В реакции участвует сопряженное основание. Теоретическая максимальная удельная энергия и плотность энергии литий-воздушного элемента составляют 1400 Вт·ч/кг и 1680 Вт·ч/л соответственно. [9]

Щелочной водный электролит

2Li + ½ О
2+ Ч
2О → 2LiOH

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

Новые катодные материалы должны учитывать значительные количества LiO.
2, Ли
2О
2и/или LiOH, не вызывая закупорки катодных пор, и используйте подходящие катализаторы, чтобы сделать электрохимические реакции энергетически практичными.

  • Первая система пор служит хранилищем продуктов окисления.
  • Вторая система пор служит для транспорта кислорода.

Апротонный

Схема конструкции литий-воздушной батареи апротонного типа

Первыми были продемонстрированы неводные литий-воздушные батареи. [10] Обычно используют смешанные растворители этиленкарбонат + пропиленкарбонат с солями LiPF 6 или биссульфонимида Li, как и в обычных литий-ионных батареях, однако с гелеобразным, а не жидким электролитом. [20] Разница напряжений при заряде и разряде постоянным током обычно составляет от 1,3 до 1,8 В (при 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. рисунок 2), [19] [18] [39] Однако карбонатные растворители испаряются и окисляются из-за высокого перенапряжения при зарядке. [40] Другие растворители, такие как концевые глимы, ДМСО, диметилацетамид и ионные жидкости, были рассмотрены. [19] [20] Углеродный катод окисляется при температуре выше +3,5 В Li во время зарядки, образуя Li 2 CO 3 , что приводит к необратимой потере емкости. [20]

Большинство усилий было связано с апротонными материалами, которые состоят из металлического литиевого анода, жидкого органического электролита и пористого углеродного катода. [3] Электролит может быть изготовлен из любой органической жидкости, способной сольватировать соли лития, такой как LiPF .
6, ЛиАсФ
6, LiN(SO
2CF
3)
2и LiSO
3CF
3, но обычно состоял из карбонатов , простых и сложных эфиров . [3] [17] Углеродный катод обычно изготавливается из углеродного материала с большой площадью поверхности с наноструктурным катализатором из оксида металла (обычно MnO
2или Мн
3О
4). Основным преимуществом является самопроизвольное образование барьера между анодом и электролитом (аналогично барьеру, образующемуся между электролитом и углеродно-литиевым анодом в обычных литий-ионных батареях), который защищает металлический литий от дальнейшей реакции с электролитом. Несмотря на перезаряжаемость , [9] Li
2О
2Образующийся на катоде обычно нерастворим в органическом электролите, что приводит к его накоплению на границе раздела катод/электролит. Это делает катоды в апротонных батареях склонными к засорению и расширению объема, что постепенно снижает проводимость и ухудшает характеристики батареи. [6] [26] [41] Другая проблема заключается в том, что органические электролиты легко воспламеняются и могут воспламениться в случае повреждения элемента. [7]

Хотя большинство исследований сходятся во мнении, что Ли
2О
2является конечным продуктом разряда неводных батарей Li-O 2 , что является убедительным доказательством того, что его образование не протекает как прямое 2-электронное электровосстановление до пероксида O.2−
2(что является обычным путем восстановления O 2 в воде на углероде), а скорее через одноэлектронное восстановление до супероксида O−
2, с последующей его диспропорцией:

Традиционно супероксид (O−
2) считался опасным промежуточным продуктом в апротонных кислородных батареях из-за его высокой нуклеофильности , основности и окислительно-восстановительного потенциала [19] [18] . Однако сообщения [42] [43] предполагают, что LiO 2 одновременно является промежуточным продуктом при разряде в пероксид ( Ли
2О
2) и может использоваться в качестве конечного продукта разряда, потенциально с увеличенным сроком службы, хотя и с более низкой удельной энергией (немного больший вес батареи). Действительно, было показано, что при определенных условиях супероксид может быть стабилен в течение 20–70 часов при комнатной температуре. [42] Необратимая потеря емкости при диспропорции 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. [44] Тем не менее, «производительность перезаряжаемых литий-воздушных батарей с неводными электролитами ограничена реакциями на кислородном электроде, особенно выделением O 2 . Обычные пористые углеродные воздушные электроды не способны обеспечить мАч/г и мАч/ емкость см 2 и скорость разряда на величинах, необходимых для аккумуляторов с действительно высокой плотностью энергии для электромобилей». [44] Емкость (в мАч/см 2 ) и срок службы неводных Li-O 2 аккумуляторов ограничены отложением нерастворимых и плохо проводящих электронику фаз LiOx при разрядке. [19] ( Ли
3О
4по прогнозам, будет иметь лучшую проводимость Li+, чем LiO 2 и Li
2О
2фазы). [45] Это делает практическую удельную энергию Li-O 2 аккумуляторов значительно меньшей, чем предсказывает расчет уровня реагента. Похоже, что эти параметры достигли своего предела, и дальнейшее улучшение ожидается только от альтернативных методов.

Смешанный водно-апротонный

Схема конструкции литий-воздушной батареи водного типа

Конструкция водно-апротонной или смешанной литий-воздушной батареи пытается объединить преимущества конструкции апротонной и водной батареи. Общей чертой гибридных конструкций является двухкомпонентный (одна часть водного и одна часть апротонного) электролита, соединенного литиепроводящей мембраной . Анод примыкает к апротонной стороне, а катод контактирует с водной стороной. В качестве мембраны, соединяющей два электролита, обычно используется литийпроводящая керамика. [6] [9]

Использование твердого электролита (см. рис. 3) является одним из таких альтернативных подходов, позволяющим комбинировать металлический литий-анод с водным катодом. [46] 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. Совместимость с водой при щелочном pH и большое электрохимическое окно (см. рис. 3,4), их низкая ионная проводимость Li+ вблизи комнатной температуры (< 0,005 См/см, >85 Ом см 2 ) [20] делает их непригодными для автомобильной промышленности. и стационарные приложения хранения энергии, которые требуют низкой стоимости (т.е. плотность рабочего тока более 100 мА/см 2 ). 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 обеспечить более высокую проводимость за счет более быстрого перехода воды и других небольших молекул, которые реагируют с металлическим литием. Среди наиболее экзотических мембран, рассматриваемых для аккумуляторов Li-O 2 , — монокристаллический кремний. [40]

В 2015 году исследователи объявили о конструкции, в которой в качестве анода использовался высокопористый графен , электролит из бис (трифторметил) сульфонилимида лития / диметоксиэтана с добавлением воды и йодида лития для использования в качестве «медиатора». Электролит производит на катоде гидроксид лития (LiOH) вместо пероксида лития ( Li
2О
2). Результат обеспечил энергоэффективность 93 процента (разрыв напряжения 0,2) и цикличность более 2000 раз с небольшим влиянием на выходную мощность. [47] [48] Однако конструкция требовала чистого кислорода, а не окружающего воздуха. [49]

Твердое состояние

Схема конструкции литий-воздушной батареи твердотельного типа

Конструкция твердотельного аккумулятора привлекательна своей безопасностью, исключающей вероятность возгорания от разрыва. [7] В современных твердотельных литий-воздушных батареях используется 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 соединяют катод с электролитом. Полимерно-керамические композиты снижают общий импеданс. Основным недостатком конструкции твердотельного аккумулятора является низкая проводимость большинства стеклокерамических электролитов. Ионная проводимость современных литий- быстрых ионных проводников ниже, чем у альтернатив с жидким электролитом. [50]

Проблемы

По состоянию на 2013 год перед дизайнерами стояло множество задач.

Катод

Большинство ограничений литий-воздушной батареи приходится на катод, что также является источником ее потенциальных преимуществ. Наиболее заметным является неполный разряд из-за закупорки пористого углеродного катода продуктами разряда, такими как пероксид лития (в апротонных конструкциях). Было смоделировано несколько режимов выделений. [51] Параметр Da был определен для измерения изменений температуры, концентрации видов и потенциалов. [52] [53]

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

Катализаторы показали многообещающую возможность создания преимущественного зародышеобразования Li.
2О
2над Ли
2O , который необратим по отношению к литию. [34]

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

Электрохимия

В конструкциях элементов 2017 года перенапряжение заряда значительно превышает перенапряжение разряда. Значительное перенапряжение заряда указывает на наличие вторичных реакций. [54] Таким образом, электрический КПД составляет лишь около 65%. [22]

Катализаторы, такие как MnO
2, Co, Pt и Au потенциально могут снизить перенапряжения , но эффект плохо изучен. [34] Некоторые катализаторы улучшают характеристики катода, особенно MnO.
2, а механизм улучшения известен как окислительно-восстановительный процесс поверхностного кислорода, обеспечивающий обильные начальные места роста пероксида лития. [55] Также сообщается, что катализаторы могут изменить структуру оксидных отложений. [56] [57]

Еще одной проблемой является значительное падение емкости элемента при увеличении скорости разряда. Уменьшение емкости ячейки связано с кинетическими ограничениями переноса заряда. [22] Поскольку анодная реакция происходит очень быстро, считается, что пределы переноса заряда возникают на катоде.

Стабильность

Длительная работа аккумулятора требует химической стабильности всех компонентов элемента. Современные конструкции ячеек демонстрируют плохую устойчивость к окислению продуктами реакции и промежуточными соединениями. Многие водные электролиты летучи и могут со временем испаряться. [22] Стабильности обычно препятствуют паразитные химические реакции, например, с участием активного кислорода . [58] [59]

Приложения

Транспортные средства

Литий-воздушные элементы представляют интерес для электромобилей из-за их высокой теоретической удельной и объемной плотности энергии, сравнимой с бензином . Электродвигатели обеспечивают высокий КПД (95% против 35% у двигателя внутреннего сгорания ). Литий-воздушные элементы могли бы обеспечить запас хода, эквивалентный сегодняшним автомобилям с аккумуляторной батареей, составляющей одну треть размера стандартных топливных баков, при условии, что баланс установки, необходимый для поддержания батареи, будет иметь незначительную массу или объем. [ нужна цитата ]

Резервное копирование сети

В 2014 году исследователи анонсировали гибридную солнечную батарею. До 20% энергии, вырабатываемой обычными солнечными элементами, теряется при передаче и зарядке аккумулятора. Гибрид сохраняет почти 100% производимой энергии. В одной из версий гибрида использовалась калий-ионная батарея , использующая калий-воздух. Он предлагал более высокую плотность энергии, чем обычные литий-ионные батареи, стоил дешевле и не содержал токсичных побочных продуктов. Последнее устройство по существу заменило калий литием. [60]

В солнечном элементе использовалась сетка, сделанная из микроскопических стержней диоксида титана , пропускающая необходимый кислород. Захваченный солнечный свет производит электроны, которые разлагают перекись лития на ионы лития, тем самым заряжая батарею. Во время разряда кислород из воздуха восполнял перекись лития. [60]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бадвал, Сухвиндер П.С.; Гидди, Сарбжит С.; Маннингс, Кристофер; Бхатт, Ананд И.; Холленкамп, Энтони Ф. (24 сентября 2014 г.). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии». Границы в химии . 2 : 79. Бибкод :2014FrCh....2...79B. дои : 10.3389/fchem.2014.00079 . ПМЦ  4174133 . ПМИД  25309898.
  2. ^ Кристенсен, Дж.; Альбертус, П.; Санчес-Каррера, РС; Ломанн, Т.; Козинский, Б.; Лидтке, Р.; Ахмед, Дж.; Койич, А. (2012). «Критический обзор литий-воздушных батарей». Журнал Электрохимического общества . 159 (2): Р1. дои : 10.1149/2.086202jes .
  3. ^ abc Юнеси, Реза; Вейт, Габриэль М.; Йоханссон, Патрик; Эдстрем, Кристина ; Вегге, Тейс (2015). «Соли лития для современных литиевых батарей: Li–metal, Li–O 2 и Li–S». Энергетическая среда. Наука . 8 (7): 1905–1922. дои : 10.1039/c5ee01215e .
  4. ^ abc Огасавара, Т.; Дебар, Алабама; Хольцапфель, М.; Новак, П.; Брюс, PG (2006). «Перезаряжаемый Li2O2электрод для литиевых батарей». Журнал Американского химического общества . 128 (4): 1390–1393. дои : 10.1021/ja056811q. ПМИД  16433559.
  5. ^ Дебарт, А; Бао, Дж; и другие. (2008). «α- MnO
    2    Нанопровода: катализатор для О
    2    Электрод в перезаряжаемых литиевых батареях». Angew. Chem . 47 (24): 4521–4524. doi :10.1002/anie.200705648. PMID  18461594.
  6. ^ abcd Он, П.; Ван, Ю.; Чжоу, Х. (2010). «Литий-воздушный топливный элемент с рециркуляцией водного электролита для повышения стабильности». Электрохимические коммуникации . 12 (12): 1686–1689. doi : 10.1016/j.elecom.2010.09.025.
  7. ^ abcd Кумар, Б.; Кумар, Дж.; Лиз, Р.; Феллнер, JP; Родригес, С.Дж.; Авраам, К.М. (2010). «Твердотельная перезаряжаемая литий-воздушная батарея с длительным сроком службы». Журнал Электрохимического общества . 157 : А50. дои : 10.1149/1.3256129 . S2CID  92403112.
  8. ^ Ван, Юнган (2010). «Литий-воздушная батарея, способная постоянно уменьшать содержание O2 в воздухе для производства энергии». Журнал источников энергии . 195 (1): 358–361. Бибкод : 2010JPS...195..358Вт. дои : 10.1016/j.jpowsour.2009.06.109.
  9. ^ abcde Гиришкумар, Г.; Макклоски, Б.; Лунц, AC; Суонсон, С.; Вилке, В. (2010). «Литий-воздушная батарея: перспективы и проблемы». Журнал физической химии . 1 (14): 2193–2203. дои : 10.1021/jz1005384.
  10. ^ abc Авраам и Цзян, 1996 г.
  11. ^ abc Лу и Амин 2013
  12. ^ Балаиш, Крайцберг и Эйн-Эли 2014 г.
  13. ^ Лу, Ли и др. 2014 год
  14. ^ Огасавара, Дебар и др. 2006 г.
  15. ^ Ли, Роев и др. 2015 год
  16. ^ Галлахер, КГ; Гебель, С; Греслер, Т; Матиас, М.; Олерих, В; Эроглу, Д. (2014). «Количественная оценка перспектив литий-воздушных батарей для электромобилей». Энергетика и экология . 7 (5): 1555–1563. дои : 10.1039/C3EE43870H.
  17. ^ Аб Сюй, К. (2004). «Неводные жидкие электролиты для литиевых аккумуляторов». Химические обзоры . 104 (10): 4303–417. дои : 10.1021/cr030203g. ПМИД  15669157.
  18. ^ abc McCloskey et al. 2015.
  19. ^ abcde Balaish, Kraytsberg & Ein-Eli 2014.
  20. ^ abcde Иманиши и др. 2014.
  21. ^ Зима, М.; Бродд, Р.Дж. (2004). «Что такое батареи, топливные элементы и суперконденсаторы?». Химические обзоры . 104 (10): 4245–4269. дои : 10.1021/cr020730k . ПМИД  15669155.
  22. ^ abcdefg Крайцберг, А.; Эйн-Эли, Ю. (2011). «Обзор литий-воздушных батарей - возможности, ограничения и перспективы». Журнал источников энергии . 196 (3): 886–893. Бибкод : 2011JPS...196..886K. дои : 10.1016/j.jpowsour.2010.09.031.
  23. ^ Тикекар, Мукул Д.; Чоудхури, Снехашис; Ту, Чжэнъюань; Арчер, Линден А. (8 сентября 2016 г.). «Принципы проектирования электролитов и интерфейсов для стабильных литий-металлических батарей». Энергия природы . 1 (9): 16114. Бибкод : 2016NatEn...116114T. дои : 10.1038/nenergy.2016.114. ISSN  2058-7546. S2CID  138881114.
  24. ^ Аурбах, Д. (2000). «Обзор избранных взаимодействий электрода и раствора, которые определяют характеристики литий-ионных и литий-ионных батарей». Журнал источников энергии . 89 (2): 206–218. Бибкод : 2000JPS....89..206A. дои : 10.1016/S0378-7753(00)00431-6.
  25. ^ Уиттингем, MS (1976). «Хранение электрической энергии и химия интеркаляции». Наука . 192 (4244): 1126–1127. Бибкод : 1976Sci...192.1126W. дои : 10.1126/science.192.4244.1126. PMID  17748676. S2CID  36607505.
  26. ^ abc Ковальчик, И.; Рид, Дж.; Саломон, М. (2007). «Литий-воздушные батареи: классический пример ограничений из-за растворимости». Чистая и прикладная химия . 79 (5): 851. doi : 10.1351/pac200779050851 . S2CID  98144813.
  27. ^ Аб Сингх, М.; Гур, И.; Бальсара, НП (2009). «Твердый электролитный материал, изготавливаемый методами обработки полимеров», заявка на патент США № 12271829.
  28. ^ Бейтс, Дж. (2000). «Тонкопленочные литиевые и литий-ионные аккумуляторы». Ионика твердого тела (представленная рукопись). 135 (1–4): 33–37. дои : 10.1016/S0167-2738(00)00327-1.
  29. ^ Виско, С.; Нимонм, Ю. (2010). «Активные металл/водные электрохимические элементы и системы», патент США № 7645543.
  30. ^ Новая энергия и топливо. 2011. По состоянию на 20 ноября 2011 г.
  31. ^ Эд. Юрген О. Безенхард, Справочник по материалам для батарей , New Your, Wiley-VCH, 1999, ISBN 3-527-29469-4 . 
  32. ^ Авраам, К.М.; Цзян, З. (1996). «Литий-кислородная аккумуляторная батарея на основе полимерного электролита». Журнал Электрохимического общества . 143 (1): 1–5. Бибкод : 1996JElS..143....1A. дои : 10.1149/1.1836378. S2CID  96810495.
  33. ^ Андерсен, Чарльз П.; Ху, Хан; Цю, Банда; Калра, Вибха; Сунь, Ин (2015). «Модель переноса в масштабе пор, включающая катодную микроструктуру и рост пероксида в литий-воздушных батареях». Дж. Электрохим. Соц . 162 (7): А1135–А1145. дои : 10.1149/2.0051507jes. S2CID  55640173.
  34. ^ abc Лу, И-Чун (2010). «Влияние катализаторов на напряжение разряда и заряда литий-кислородных аккумуляторов». Электрохимические и твердотельные буквы . 13 (6): А69. дои : 10.1149/1.3363047. hdl : 1721.1/79694 . S2CID  16688473.
  35. ^ Рид, Дж. (2002). «Характеристика литий-кислородной батареи с органическим электролитом». Журнал Электрохимического общества . 149 (9): А1190–А1196. Бибкод : 2002JElS..149A1190R. дои : 10.1149/1.1498256.
  36. ^ «Литий-воздушные батареи стали вирусными благодаря большей долговечности и производительности» . gizmag.com . 15 ноября 2013 г.
  37. ^ О, Д.; Ци, Дж.; Лу, ЮК; Чжан, Ю.; Шао-Хорн, Ю.; Белчер, AM (2013). «Биологически усовершенствованная конструкция катода для повышения емкости и увеличения срока службы литий-кислородных батарей». Природные коммуникации . 4 : 2756. Бибкод : 2013NatCo...4.2756O. doi : 10.1038/ncomms3756. ПМК 3930201 . ПМИД  24220635. 
  38. ^ Уиллифорд, RE; Чжан, JG (2009). «Конструкция воздушного электрода для длительной работы литий-воздушных батарей на высокой мощности». Журнал источников энергии . 194 (2): 1164–1170. Бибкод : 2009JPS...194.1164W. дои : 10.1016/j.jpowsour.2009.06.005.
  39. ^ Лю и др. 2016.
  40. ^ Аб Лу и Амин 2013.
  41. ^ Ли, Сянлинь; Фагри, Амир (2012). «Оптимизация катодной структуры литий-воздушных аккумуляторов на основе двумерной переходной неизотермической модели». Журнал Электрохимического общества . 159 (10): А1747–А1754. дои : 10.1149/2.043210jes.
  42. ^ Аб Чжай и др. 2015.
  43. ^ Лу и др. 2016.
  44. ^ Аб Лу и др. 2010.
  45. ^ Ши, Сюй и Чжао 2015.
  46. ^ Виско и др. 2004.
  47. ↑ Деласи, Линда (19 ноября 2015 г.). «На пути к практичной литий-воздушной батарее возникло еще больше препятствий». www.gizmag.com . Проверено 3 декабря 2015 г.
  48. ^ Лю, Тао; Лескес, Михал; Ю, Ваньцзин; Мур, Эми Дж.; Чжоу, Лина; Бэйли, Пол М.; Ким, Гану; Грей, Клэр П. (30 октября 2015 г.). «Циклирование батарей Li-O2 посредством образования и разложения LiOH». Наука . 350 (6260): 530–533. arXiv : 1805.03042 . Бибкод : 2015Sci...350..530L. doi : 10.1126/science.aac7730. ISSN  0036-8075. PMID  26516278. S2CID  8780402.
  49. ^ «Новый дизайн указывает путь к« совершенной »батарее» . физ.орг . 29 октября 2015 года . Проверено 3 декабря 2015 г.
  50. ^ Кумар, Б.; Кумар, Дж. (2010). «Катоды для твердотельных литий-кислородных элементов: роль стеклокерамики Nasicon». Журнал Электрохимического общества . 157 (5): А611. дои : 10.1149/1.3356988.
  51. ^ Ю. Ван, Моделирование образования разрядных отложений и его влияние на характеристики литий-воздушной батареи, Electrochimica Acta 75 (2012) 239–246.
  52. ^ Ю. Ван и С. К. Чо, Анализ характеристик воздушного катода для литий-воздушных батарей, Журнал Электрохимического общества, 160 (10) A1-A9 (2013).
  53. ^ Ю. Ван, З. Ван, Х. Юань и Т. Ли, Емкость хранения оксидов при разряде и потеря напряжения в литий-воздушной батарее, Electrochimica Acta, 180 (2015) 382–393
  54. ^ Чжан, Т.; Иманиши, Н.; Симониси, Ю.; Хирано, А.; Такеда, Ю.; Ямамото, О.; Сэммс, Н. (2010). «Новая перезаряжаемая литий-воздушная батарея высокой плотности энергии». Химические коммуникации (представлена ​​рукопись). 46 (10): 1661–1663. дои : 10.1039/b920012f. ПМИД  20177608.
  55. ^ Чжэн, Юнпин; Сон, Кёнсе; Юнг, Чжепён; Ли, Чэньчжэ; Хо, Юн-Ук; Парк, Мин-Сик; Чо, Мэнхё; Канг, Ён-Мук; Чо, Кёнджэ (май 2015 г.). «Важный дескриптор рационального проектирования оксидных катализаторов в литий-оксидных аккумуляторах: поверхностная плотность кислорода». Химия материалов . 27 (9): 3243–3249. doi : 10.1021/acs.chemmater.5b00056.
  56. ^ Даррен Квик (5 апреля 2010 г.). «Литий-воздушные батареи обеспечивают в три раза большую плотность энергии» . Проверено 5 октября 2011 г.
  57. ^ Симониси, Ю.; Чжан, Т.; Иманиши, Н.; Я, Д.; Ли, диджей; Хирано, А.; Такеда, Ю.; Ямамото, О.; Сэммс, Н. (2011). «Исследование литий-воздушных вторичных батарей - стабильность твердого электролита, проводящего литий-ионы типа NASICON, в щелочных водных растворах». Журнал источников энергии . 196 (11): 5128–5132. Бибкод : 2011JPS...196.5128S. дои : 10.1016/j.jpowsour.2011.02.023.
  58. ^ Яо, Сяхуэй; Дун, Ци; Ченг, Цинмэй; Ван, Дуньвэй (2016). «Почему литий-кислородные аккумуляторы выходят из строя: паразитные химические реакции и их синергетический эффект». Angewandte Chemie, международное издание . 55 (38): 11344–11353. дои : 10.1002/anie.201601783 . ПМК 5113803 . ПМИД  27381169. 
  59. ^ Образование синглетного кислорода в процессе зарядки апротонной литий-кислородной батареи Дж. Вандт, П. Джейкс, Дж. Гранвер, Х. А. Гастайгер, Р.-А. Эйхель, Энджю. хим. Межд. Эд. 2016, 128, 7006–7009. {{doi: 10.1002/anie.201602142}}
  60. ^ аб Димберуон, Пениэль М. (28 октября 2014 г.). «Новая гибридная солнечная батарея решает проблему хранения энергии солнечной энергии». Центр сингулярности . Проверено 17 декабря 2016 г.

Цитируемые работы

Внешние ссылки