论文部分内容阅读
随着环境和能源问题的日益突出,发展清洁、可再生的电化学储能技术倍受关注。锂空气电池因其具有超高的能量密度而被广泛研究,已成为最有前景的电化学储能技术之一。当前正极材料电化学不稳定性和负极材料枝晶粉化是制约锂空气电池发展的主要挑战。合理地设计空气电极、锂金属电极,可以很好地解决这些问题。三维多孔材料具有良好的导电性,较大的比表面积,高孔隙率等优点,本文利用三维多孔材料这些优点,合理设计电极结构,开展了以下研究:通过简单的原位氧化还原方法原位制备了金/纳米铜阵列/泡沫铜（Au/Cu@FCu）全金属基材料,并作为锂空气电池的正极。Au/Cu@FCu具有良好的导电性、高孔隙率、大比表面积、高催化活性,有效地提高了锂空气电池电化学性能。Au/Cu@FCu非碳正极组成的锂空气电池可逆催化Li2O2的生成与分解,具有较低的过电位（0.64 V）、超高的比容量(27270 mAh g-1)、优异的倍率性能和循环稳定性,良好的电化学稳定性有效地缓解了碳正极不稳定性的问题。为了提高锂空气电池的电化学性能,首次提出了对称型锂空气电池,即锂空气电池正负极电极结构相同,同时解决正极和负极问题。Au/Cu@FCu不仅具有良好的导电性、高孔隙率、大比表面积、和高催化活性,且Au具有亲锂性。既可以作为锂空气电池的高效正极,也可以作为负极的骨架。Au/Cu@FCu由于其结构优势和亲锂性,可以诱导金属锂均匀沉积,没有枝晶的产生。在电流密度为1mA cm-2,容量为1 mAh cm-2的条件下,库伦效率高达96%。Au/Cu@FCu锂金属复合电极具有更优异的循环稳定性,长达970 h。然后基于锂空气电池正极放电产物的特点,探讨了对称型锂空气电池的充放电过程正负极的形貌变化,首次观察到了电池正负极形貌“此消彼长”的电化学现象。而且对称型锂空气电池具有优异的循环稳定性。将来在对锂空气电池材料和结构进行进一步的设计和优化时,应同时满足锂空气电池正极和负极的要求。此外,这种电极和电池结构可以应用在下一代储能系统中。