1、有機水混合體系鋰空氣電池

有機水混合體系鋰空氣電池

在有機水混合體系中，金屬鋰電極一側為有機電解液，空氣電極一側為水相電解液。通過反應可知，放電反應的產物具有很好的溶解性，不存在電極堵塞的問題。關于有機-水混合鋰-空氣電池，其最關鍵的問題在于要完全消除金屬鋰與H。0、0。之間的反應，就是要尋找合適的有機相與水相的隔膜，該隔膜要具有良好的室溫Li*導通性，要能很好地阻止H_0與0。通過，對有機與水相電解液均具有極好的抗化學腐蝕性，此外還需具備高的機械強度。目前有機-水混合體系的相關研究工作重要使用超級鋰離子導通玻璃膜（LithiumSuper-IonicConductorGlassFilm，簡稱LISICON）作為隔膜。

研究發現利用LISICON作為隔膜，將具有很高氧氣擴散速率的多孔空氣電極引入到有機-水混合體系中，發展出了Lil有機電解液|LISICON膜|10mL1mo1/LKOH|Mng0，為結構的鋰空氣電池，使用廉價的Mn304代替Pt作為催化劑，利用Mna0活性碳復合材料作為電池的空氣電極，該電池可以持續放電500h，根據碳、膠粘劑以及催化劑的總重計算得空氣電極的比容量達到50000mAh/g，是目前所有鋰空氣電池報道的最高值。對該體系，研究員還提出了通過回收LiOH溶液提煉金屬鋰，從而實現鋰循環利用的理念。在0.5mA/cm2電流密度下，該電池的放電電壓約為3.1V，充電電壓約為3.8V，充放電電壓差約為0.7V，遠小于有機體系的平臺電壓差。最近研究發現利用金屬Cu腐蝕的機制，通過Cu與Cu20之間的循環，來催化02還原反應。在含有空氣的水溶液中，通常Cu將發生如下腐蝕反應：2Cu+0.502→Cu20，假如Cu表面生成的Cu20能夠從外電路得到電子，Cu20又將被還原成Cu，反應為：Cu20+H20+2e-1→2Cu+202以上兩反應的總反應即為：0.502+H20+2e-1-20H–這就是02在Cu表面的電化學還原過程。該思路為鋰離子電池、燃料動力電池以及金屬腐蝕領域供應了一個新的研究方向。

2、固態體系鋰空氣電池

固態體系鋰空氣電池

固態電池一直是鋰離子電池領域的一個研究熱點。研究固態、可充電、長循環壽命的鋰空氣電池。該電池由金屬鋰作為負極，通過玻璃-陶瓷（GC）與聚合物-陶瓷材料碾壓制備的高鋰離子導通的固態電解液膜作為隔膜，高比表面積碳與離子導通的GC粉末混合所制備的固態復合材料為空氣電極。GC固體電解液膜具有很好的鋰離子電導率（30℃時大約為10-2S.m–l）PC膜可以降低電池的阻抗，增強負極上的電荷傳輸能力，并且可以將負極與GC膜進行很好的電化學連接。利用A1箔包覆在金屬鋰的表面，一方面可以保護鋰，同時可以保證電池的阻抗穩定。

充放電過程中，電池具有低的極化，其充、放電電壓可逆性較好。通過進一步系統的研究，鋰空氣電池在實際應用時的比能量將可以超過1000Wh/kg。最近，利用氮摻雜的高比表面積碳作為固態鋰空氣電池的正極，電化學測試結果表明，其放電容量是未進行氮摻雜的碳所組裝電池的兩倍。

金屬鋰在循環過程中的枝晶問題一直制約著其實際使用。人造鋰離子導通防護層的使用可以減少枝晶的形成，因此，高性能金屬鋰防護層的研發關于未來鋰空氣電池的實際應用至關重要。