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IIT利用新型催化剂开发锂空气电池 充放电1200次仍保持初始性能

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研究开发解析电池材料结构的新方法

58京牌 ,美国科学家使用磷化钼(Mo3P)作为充放电反应催化剂,证明了锂空气电池可以具有更好的能量和稳定性能。

(图片来源:pv-magazine)

锂氧电池或锂空气电池是改善当今储能技术的众多途径之一。在研究过程中,锂和其他金属空气电池因具有高能量密度潜力而备受青睐,但效率低下和循环寿命较短已被证明是开发这项技术的棘手问题。利用催化剂来加速电极上的反应,被视为提高性能的一种方法。然而,寻找一种能同时加速充放电机制的材料则是另一项挑战,以往报道的许多有效催化剂都依赖于价格昂贵的材料,如铂和金。

伊利诺伊理工学院(IIT)领导的研究团队表示:“设计一种高活性催化剂,以最大限度地减少能量壁垒(过量输入能量),在正极上形成和分解过氧化锂(Li2O2)纳米颗粒,是开发这项技术的关键挑战。”

IIT研究团队着手设计这样一种催化剂。在以前的研究中,Mo3P已经显示出作为类似反应催化剂的前景,所以要从评估其在锂空气电池中的性能入手。该团队定制设计并制造了一个三电极电池,然后是完整的锂空气电池。

在使用Mo3P催化剂的情况下,电池放电和充电的过电位分别为80mV和270mV,在目前报道的锂空气电池中比较低。而且,电池经过1200次循环后,几乎可以保持100%的初始性能。详尽的性能分析显示,在循环过程中,负极周围会形成一层稳定的碳酸锂(Li2CO3),可阻止与空气和电解液中的成分发生其他不必要的反应。该催化剂上还形成了一层氧化钼(MoO),从而进一步提高电池性能。

然而,经过1000次循环后,电池开始失去性能,该团队将其归因于电荷氧化还原介质的失活。研究人员相信,经过进一步研究,Mo3P催化剂将在储能方面具有良好的应用前景。他们表示:“我们的锂空气电池具有独特的电子和结构特性,此次开发的表面重建Mo3P催化剂具有动力学稳定氧化覆盖层,在可持续储能系统发展方面具有重要的应用前景。”

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