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鋰離子電池和鋰空氣電池的工作原理分別是怎么樣的?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1273次  |  2021年01月11日  

鋰離子電池原理


當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。


同樣道理,當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過程),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出,又運(yùn)動(dòng)回到正極。回到正極的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。


鋰空氣電池


鋰空氣電池是一種用鋰作負(fù)極,以空氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度,因?yàn)槠潢帢O(以多孔碳為主)很輕,且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。


與鋰離子電池要鋰的化合物和石墨做電極不同,鋰空氣電池可以直接使用鋰金屬單質(zhì)(Li)和空氣中的氧氣(O2)作為電極。在最理想的情況下,電池放電時(shí),由氧氣氧化鋰單質(zhì)生成過氧化鋰(Li2O2),在外電路中出現(xiàn)電流;充電時(shí)再由過氧化鋰分解成鋰和氧氣。全過程無需其它質(zhì)量較大的元素參與,而陰極甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不計(jì)的空氣!


鋰空氣電池工作原理


鋰空氣電池的概念最早由Lockheed提出,電解液為堿性水溶液。氧氣在空氣電極上發(fā)生氧還原反應(yīng),形成氫氧化物。其放電反應(yīng)方程為:


4Li+O2+2H2O→4LiOH(1-1)


放電過程中Li、H2O和O2被消耗,在Li表面生成了一層保護(hù)膜而阻礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進(jìn)行。在開路或低功率的狀態(tài)下,Li的自放電率很高,并伴隨著Li的腐蝕反應(yīng):


Li+H2O→LiOH+1/2H2(1-2)


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