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中国团队研发出Li-N2充电电池 利用可逆反应提升固化能效

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-04-18  来源: 盖世汽车  作者:鑫椤资讯
    据外媒报道,由于氮气在大气层的含量极为丰富,其一度被视为可再生能源(renewable energy)的重要来源之一。然而,由于其原子结构的关系,氮气原子结构在常规条件下难以被打破,这对想要将氮原子键(atoms bond)转化为电能的科学家们而言,无疑是一大挑战。
 
    如今,中国的研究人员已研发出一款锂-氮(Li-N–)充电电池,其原理在于可逆反应6Li+N– ? 2Li–N的运用。该电池系统由锂电池阳极(Li anode)、基于醚类电解质(ether-based electrolyte)、碳布阴极(carbon cloth cathode)组成,该电池的法拉第效率为59%。
 
    该“概念验证(proof-of-concept)”设计被刊登在《化学》(Chem)杂志上,通过逆向的化学反应为当前的锂-氮电池提供电能。与将氮锂化合物(2Li3N)分解为锂和氮气,借此获得化学反应时所产生的能量不同,该研究机构的Li-N2电池可在环境温度条件下,在大气氮(atmospheric nitrogen)中运行,与锂产生发生反应后将生成氮锂化合物。相较于其他锂金属电池,其能量输出时间较短。
 
    在室温条件下,该款Li-N2电池的结构及再充电性(rechargeability)如下:图(A)Li-N2电池结构图,含有金属锂箔阳极(Li-foil anode)、基于醚类的电解质及共阴极(CC cathode)。图(B):电流密度为0.05 mA/cm2时,带共阴极的Li-N2电池的氮气固化曲线(N2 fixation curves)(蓝色)及氮气演化曲线(N2 evolution curves)(红色)。图(C):扫描频率为0.05 mV/s时,在氮气饱和大气(黑色)及氩气饱和大气下(红色),Li-N2电池的控制点曲线(CV curves)。图(D):电流密度为0.05 mA/cm2时,Li-N2电池的循环性能。
 

 
    该研究团队已论证,这款Li-N2电池能够在室温和大气温度下进行充电,其涉及一下可逆的电池反应(reversible battery reactions):
 
    (化学方程式1)阳极:6Li++ 6Li+ + 6e
 
    (化学方程式2)阴极:6Li+ + N2 + 6e- 2Li3N
 
    (化学方程式3)整体:6Li+ + N2 + =2Li3N
 
    该研究团队调查了钌共阴极(Ru-CC)及二氧化锆共阴极(ZrO2-CC)这两类复合阴极的使用,进而提升氮气固化能效。带阴极催化剂(catalyst cathodes)的Li-N2电池的固化能效要比原始共阴极(pristine CC cathodes)的固化能效高。
 
    该项研究由中华人民共和国科学技术部(Ministry of Science and Technology of China)及国家自然科学基金委员会(National Natural Science Foundation of China)提供资金支持。 
 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有550多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
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