水溶液鋰電池工作原理,水溶液鋰電池的優(yōu)點
來源:存能電氣 日期:2019-06-24 10:31 瀏覽量:次
水溶液鋰電池工作原理,水溶液鋰電池的優(yōu)點。現(xiàn)在技術(shù)革新,科技進步,電池的發(fā)展給人類福音,為人們帶來了很多的幫助。水溶液鋰電池與當下的鋰電池提供同等電力、能效,且使用壽命旗鼓相當,但不會帶來火災危險、不含毒化學品,對環(huán)境無危害。今天存能小編為大家介紹的是水溶液鋰電池的工作原理及其優(yōu)點。
水溶液鋰電池工作原理
在水性電解液,它們的氧化還原電位的差異是非常大的,它們的組合將建立一個可再充電的電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的組裝的水可再充電鋰的電池(ARLB)使用的被覆的鋰金屬作為陽極和錳酸鋰作為陰極,其CV曲線的掃描速度為0.1mV/s,有兩對氧化還原峰,分別位于4.14/3.80和4.28/3.93V。氧化還原反應如下所示:在充電過程中,只有一個在陽極反應。Li+離子從水性電解液運輸通過被覆層,減少在鋰金屬表面和沉積Li金屬。在陰極上進行兩種反應:Li+的陽離子去地嵌入從四面體8a的和八面體16c的站點,隨后,造成兩對氧化還原峰,和有機電解質(zhì)的行為類似。在放電過程中,反向的過程發(fā)生。
因此,在我們的ARLB的CV曲線有兩對氧化還原峰。這表明,我們上面的電池化學涂層的鋰金屬,0.5mol.L-1Li?SO?/LiMn?O?可以在水性電解液的可充電電池平均輸出電壓高于3.8V,遠高于水的理論分解電壓,即1.229V。
水溶液鋰電池的優(yōu)點
水溶液鋰電池由于安全性能高,不會起火,離子導電率高,且成本也低,已經(jīng)成為下一代大型儲能電池發(fā)展的優(yōu)選方向。鋰電池的主要工作原理是依靠鋰離子在正負電極之間的遷移而產(chǎn)生電流的,這種遷移在溶液中進行,常常會使電池自身發(fā)生損耗。
吳宇平教授開創(chuàng)了新的思路:用高分子材料和無機材料制成復合膜,包裹在金屬鋰外。而這層復合膜成為鋰離子的電位在正負極之間“時空穿越”的“隨意門”。吳宇平說:“你可以把它想象成鋰離子的電位經(jīng)過膜,一下就到了負極,然后又直接從負極回到正極,就好像科幻片中,人跨過時光門可以直接在地球和外太空之間往返。”因此,吳教授也把這一新發(fā)現(xiàn)稱作“電位穿越”。
這種新型水溶液鋰電池將以突出的安全性、耐用性,成為新能源產(chǎn)品的“大力士”。用它裝備的電動汽車的行駛距離有望達到400公里,而裝備等同體積的傳統(tǒng)鋰電電動車出行距離僅為150—180公里。
復旦大學教授吳宇平教授關(guān)于水溶液鋰電池體系的最新研究,可將鋰電池性能提高80%。電動汽車只需充電10秒即可行駛400公里,這種電池成本低廉,安全不易爆炸。
該課題組向記者展示了這種鋰電池體系。一片薄薄的金屬鋰,被特制的復合膜緊密包裹,將其置于pH值呈中性的水溶液中,與鋰離子電池中傳統(tǒng)的正極材料尖晶石錳酸鋰組裝,即可制成平均充電電壓為4.2V、放電電壓為4.0V的新型水鋰電,這一成果大大突破了水溶液的理論分解電壓1.23V。
吳宇平課題組的這項成果對發(fā)展新型的低成本、易大規(guī)模生產(chǎn)、安全環(huán)保的蓄電池體系提供了可能。據(jù)稱,新型的水鋰電采用水溶液作為電解質(zhì),阻燃性增強,使電池在使用過程中不易發(fā)燙發(fā)熱,安全性能高;用高分子材料和無機材料制成復合膜,能將電池的能量損耗降到5%以下。
據(jù)估計,如果將這種電池用于手機,同樣大小的電池至少能將手機通話時間延長一倍,成本則不足原有的一半;用于汽車同樣如此,對環(huán)境構(gòu)成的污染也比現(xiàn)有鋰電池小得多。
美國能源研究所已“瞄”上這項研究,希望與該課題組達成合作意向。但他更希望能與國內(nèi)有前瞻性的企業(yè)合作。該團隊表示,“新型水鋰電在生活中可具體應用到各方各面,希望水鋰電的突破能夠最終使消費者對安全放心、對成本接受,解決目前全球躊躇不前的電動汽車產(chǎn)業(yè)?!?/span>
水電解質(zhì)在此ARLB系統(tǒng),具有高的熱容量,并能吸收大量的熱量。在相同的充電和放電過程中,該系統(tǒng)的溫度要低得多,比常規(guī)的鋰離子電池。此外,水或含水電解質(zhì)與Li金屬陽極和LiMn2O4正極兩者直接接觸,并且冷卻效果將是非常有效的。冷卻系統(tǒng),這是通常所需的大容量電池模塊,無需為在電動汽車中的應用。
水溶液鋰電池為電動汽車發(fā)展掃除了障礙,水溶液鋰電池與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,大大提高安全性和可靠性。
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