编辑
数量:12 (2)

• 查看PDF
• 下载

Nanocatalysts氧锂电池

*通信:

乔N美国卡内基梅隆大学,电子邮件: (电子邮件保护)

介绍

锂离子电池目前用于多个领域的技术,包括交通、便携式电子设备、医疗设备、电动工具、和存储的电能由可再生能源如太阳能,风能,等等的需求增加和使用高性能电池在混合动力和电动汽车,更要求电子产品,使用的材料在电池的物理限制被测试。虽然这些电池提供高能源密度、有限的循环寿命和功率密度。锂氧气(Li-O₂)电池有兴趣能源存储设备由于其高能源和功率密度。第一个非水Li-O₂电池是使用基于聚丙烯腈(PAN)聚合物电解质在1996年亚伯拉罕(1]。这些电池用于电动汽车将大大增加练习场从而革新汽车工业。Li-O₂电池有很高的理论具体能源密度11140 Wh /公斤,他们可以实现高四倍能源密度比当前锂离子电池(1,2]。

一个典型的Li-O₂电池由一个锂阳极,多孔阴极氧气和李是开放的⁺离子导电电解液分离电极(3]。Li-O电化学反应发生₂电池如下(4]:

2李⁺O₂↔李₂O₂

在李₂O₂沉积在阴极表面放电(氧气还原反应),和逆反应(氧气进化反应发生在李分解收费₂O₂阴极表面。几个报告演示₂O形成在放电过程中很难扭转充电(5,6]。水电解质包括形成哦−然后LiOH在阴极放电根据方程(4]:

2李⁺+ O₂+ H₂O + 2 e⁻↔2 lioh

尽管已经做了广泛的研究来改善Li-O的性能₂电池,他们仍在发展阶段,许多技术挑战必须解决前就被商业化。最常见的问题阻碍Li-O的发展₂电池是低速度能力,再循环能力差和低往返效率(3,7,8]催化剂提高电池容量显示,这些电池使用时,在阴极的再循环能力。金属纳米粒子由一个大的表面积,因此在各种功能和应用程序使用。

内在属性是由形状、组成、大小和结晶度9]。纳米技术可以加强和为这些材料提供了新的生机。在本文中,我将讨论一些纳米粒子用作Li-O nanocatalysts₂电池。

几个纳米粒子如黄金、铑、镍、铂、银、钯、钌、钴、和其他无机化合物纳米粒子用作Li-O nanocatalysts₂电池(8]。Debart等人几个催化剂用于锂氧气与非水电解质电池。他们使用Pt, La0.8Sr0.2MnO₃、铁₂O₃NiO措,钴铁₂O₄。有限公司₃O₄electrocatalysts和表现出较高的放电容量和良好的循环性能。他们还研究了锰氧化物作为锂氧电池催化剂。锰₃O₄、散装锰₂O₃散装α,β,λ,γ-MnO₂,α-MnO₂纳米线和β-MnO₂纳米线被用作催化剂(9]。与α-MnO空气阴极₂随着催化剂显示大约3000 mA的最高能力。h / g(碳)。

对于我的研究,我调查Li-O的电池性能₂电池涂层和填充碳纳米管(3]。观察,Pd-filled 3年来改善碳纳米管显示第一次放电周期原始碳纳米管和35%的增长相比Pd-coated碳纳米管。高放电容量11152毫安。h / g使用Pd-filled时得到碳纳米管。封装在碳纳米管催化剂辅助提高电解液的稳定性降低₂有限公司₃形成。

张等人使用涂布α-MnO钯₂Li-O作为催化剂₂电池1220毫安的初始排放。h / g和容量保持率47.3%,此前13个周期(10,11]。赵等人的工作给出了机械的见解之间的金属氧化物和贵金属催化效果(12]。他们设计了一个混合的纳米结构使用2 d Birnessite MnO₂(δ-MnO₂)和钯纳米晶体。Pd /δ-MnO₂catlysed Li-O₂高容量电池展览,低极化稳定循环133次以固定容量1000毫安。h / g 200毫安的电流密度/ g。DFT的计算表明,Pdδ-MnO的一边₂表提升李的形成₂O₂和诱导形成的稳定,电子导电利奥₂在δ-MnO的对面₂表。MnO₂涂在六角nanoplatelets双功能催化剂的合成Yun荣格Li-O李等人₂电池(13]。hetero-structured催化剂(HSC)混合增强电池的电化学性能。他们获得60周期固定容量1000毫安。h / g和100毫安的电流密度/ g。

陆等人开发了阴极的原子层沉积(ALD)钯纳米粒子在碳表面钝化的氧化铝涂层碳缺陷的网站(14]。钯纳米粒子退化表面上被用作electrocatalysts促进李₂O₂通过提高电子运输形成。超级P李导电碳催化剂材料被用来支持。1米LiCF₃所以₃在tetra-ethylene乙二醇二甲醚(TEGDME)电解质在玻璃纤维分离器和锂金属阳极用于电荷放电周期。卸货后1000 mA。h / g和充电,充电可能减少到3.2 V的理论相比较,3 V。的低潜在的可以维持10周期500 mA.h / g。完整的放电容量是2750 mA.h / g。退化的锂阳极和钯催化剂的毒害污染物或钝化的原因可能是电池故障。Zahoor等人合成α-MnO₂纳米棒和修改他们的钯纳米颗粒形成Pdα-MnO沉积₂纳米结构,用它们作为Li-O electrocatalyst在阴极₂电池(15]。催化剂由污染物或钝化的原因可能是电池故障。Zahoor等人合成α-MnO₂纳米棒和修改他们的钯纳米颗粒形成Pdα-MnO沉积₂纳米结构,用它们作为Li-O electrocatalyst在阴极₂电池(15]。Ketjen黑色与Pdα-MnO沉积阴极₂催化剂和在TEGDME LiTFSi盐电解液和锂金属阳极。8526毫安的放电和充电容量。h /马以恒定的电流密度为0.1 g / cm2得到的超电势1.6 V (2.7 V和电荷放电高原高原在4.3 V)。

g .赵等人捏造TiO₂纳米管阵列在Ti泡沫,用它们作为Li-O衬底₂电池(16]。RuO₂/ TiO₂阴极对OER表现出良好的催化活性,表现出一个循环性能的130周期的电流1.77 a / g 1000 mA.h / g。

一个均匀涂布RuO₂外壳表面的核心问被用作催化剂,以防止问和李之间的直接联系LD乐动体育官网₂O₂从而减少李的形成₂有限公司₃(17]。RuO₂问催化剂增加约4350 mA的具体能力。h / g 385毫安的电流/ g和表现出放电和充电过电压的0.21和0.51 v 20周期得到一个固定的容量500毫安。h / g,以目前的速度100 mA / g。

Bui等人伪造的碳纳米纤维与铂纳米颗粒表面由同轴电纺和观察到的特定的能力,改善速度能力,能源效率、循环稳定性和O₂效率(18]。他们获得了163次容量1000毫安的极限。h / g和500毫安的电流密度/ g。

张等人开发了一种新方法来合成NiO /首席运营官催化剂pre-lithiation (PL)的原始三元金属氧化物尖晶石材料尼科₂O₄(NCO)纳米线在适当条件下(19]。他们捏造PL-NCO纳米颗粒碳织物。非常高的初始容量∼29 280毫安。h / g得到PL-NCO所在地/ CF电极pre-lithiated 0.50 v的电池循环100次在一个特定的能力> 1000 mA.h / g。

我们公司₄N纳米棒均匀固定在导电实际上电纺碳纳米纤维纸(CNF)通过热液的发展有限公司(OH) F一步Il-Doo金纳米棒其次是渗氮等(20.]。由此产生的阴极Li-O骑自行车超过177的稳定周期展出₂细胞。这种循环稳定性是由于金属有限公司₄N纳米反应提供足够的访问网站,通过良好的社会关系网CNF简单电子传递途径。薄氧化层表面形成(< 10海里)有限公司₄N纳米协助李的可逆性₂O₂,从而减少过电压缺口在700∼1.23 V mA.h / g。

太阳等人报道反尖晶石有限公司(公司、铁)O₄/ nitrogen-doped石墨烯(NG)复合作为充电Li-O的催化剂₂电池(21]。有限公司(公司、铁)O₄/ NG在Li-O催化剂₂8236毫安的电池表现出一个初始放电容量。h / g和110个周期在一个固定的容量1000毫安。h / g 100毫安的电流密度/ g。

我们讨论了一些nanocatalysts Li-O显示改进₂电池的性能。这项技术仍处于发展阶段。大部分研究领域的nano-enhanced Li-O₂电池在未来几年将专注于进一步提高电池的电化学性能,使其更安全、可行的大规模生产。

引用

1. 亚伯拉罕公里,江z聚合物electrolyte-based可充电锂电池/氧气。J Electrochem Soc。1996; 143:1-5。
2. Girishkumar G,麦克洛斯基B,伦茨AC, et al。锂空气电池:承诺和挑战。J理论物理化学。2010;1 (14):2193 - 203。
3. Safa M Chawla N, Chamaani, et al . Palladium-filled碳纳米管阴极提高电解液的稳定性和cyclability Li-O的性能₂电池。J Electrochem Soc。2017; 164 (1): A6303-7。
4. 布鲁斯·PG Freunberger年代,LJ西恩,et al . Li-O₂和Li-S电池高能源存储。Nat板牙。2011;11:172。
5. Laoire有限公司Mukerjee年代,Plichta EJ,等。可充电锂/ TEGDME-LiPF6 / O₂电池。J Electrochem Soc。2011;158 (3):A302-8。
6. Lu YC Gasteiger哈,Shao-Horn y氧还原反应的催化活性趋势为非水溶剂Li-air电池。J是化学Soc。2011; 133 (47): 19048 - 51。
7. Chamaani,乔N,尹浩然,南非。维玻璃micro-fillers li-O凝胶聚合物电解质₂电池的应用程序。Electrochim学报。2017;235:56 - 63。
8. Safa M Chamaani, Chawla N, et al .复合凝胶聚合物电解质提高cyclability lithium-oxygen电池。ACS:板牙接口。2017;9(39):33819 - 26所示。
9. 陈H,魏G,当前,et al .钯纳米颗粒的合成及其应用表面增强拉曼散射和电催化作用。J phy化学领域。2010;114 (4):21976 - 81。
10. 保D�巴特,帕特森AJ, J,等人a-MnO₂纳米线:O的催化剂₂可充电锂电池的电极。Angew化学Int病杂志。2008;47 (24):4521 - 4。
11. 张M,徐问,唱L等人a-MnO₂nanoneedle-based中空微球涂钯纳米粒子作为一种新型催化剂可充电锂空气电池。反式中国有色遇到了Soc。2014; 24 (1): 164 - 70。
12. 曹C、Z局域网,燕Y,等。机械的见解Pd的协同作用的催化效果和MnO₂高性能Li-O₂细胞。2017年。
13. Kim Lee YJ DH Kang T, et al .双官能MnO₂——涂层有限公司₃O₄为可逆Li-O hetero-structured催化剂₂电池。2017;29日(24):10542 - 50。
14. 陆J, Lei Y,刘KC, et al。纳米阴极架构低电荷在lithium-oxygen电池过电压。Nat Commun。2013; 4:2383。
15. Zahoor,克里斯蒂米,全JS,等。改善锂氧电池性能的钯纳米颗粒在锰氧化物奈米棒的催化剂。J固态Electrochem。2015; 19:1501-9。
16. 张赵G,妞妞Y, L, et al .钌氧化物改性二氧化钛纳米管阵列作为碳和粘结剂自由锂空气电池阴极催化剂。J能源。2014;270:3860 - 90。
17. 李剑Z,刘P, F, et al . Core-shell-structured(电子邮件保护)₂复合材料作为一种高性能充电Li-O阴极的催化剂₂电池。Angew化学Int病杂志。2014;53:442-6。
18. Bui HT,金正日DY,金正日DW, et al .碳(电子邮件保护)由同轴电纺Li-O及其改进的电化学性能₂电池阴极。碳N y 2018; 130:94 - 104。
19. 刘B,燕P,徐W, et al。电化学形成超细金属氧化物nanocatalysts高性能lithium-oxygen电池。纳米列托人。2016;16:4932-9。
20. Yoon KR、胫骨K、公园J,等。我们氮化钴固定碳纳米纤维膜:当前collector-catalyst集成阴极Li-O长周期₂电池。ACS Nano》2017。
21. 龚Y,丁W, Z, et al。反尖晶石cobalt-iron氧化和n型石墨烯复合作为高效、耐用bifuctional Li-O的催化剂₂电池。ACS Catal。2018; 8:4082 - 90。