充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池空氣電極研討開展
2017-9-14 10:34:26??????點擊：
導(dǎo)讀
電化學(xué)可充的充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池具有能量密度高、水系電解液安全、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特色，在電動汽車、便攜式電源以及大型儲能方面具有寬廣運(yùn)用遠(yuǎn)景，是開展綠色清潔動力的重要工業(yè)方向。但該充電機(jī)充電蓄電池的空氣電極制備進(jìn)程需求高功用催化劑和特別的電極結(jié)構(gòu)，這些問題嚴(yán)重制約了充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池的工業(yè)化進(jìn)程。本文從催化劑開發(fā)和電極結(jié)構(gòu)規(guī)劃兩個視點分析空氣電極研討開發(fā)現(xiàn)狀，并對往后催化劑及空氣電極的開展趨勢進(jìn)行評論。開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性、價格合理的雙功用電催化劑，進(jìn)行高度結(jié)構(gòu)化的空氣電極規(guī)劃與制備工藝研討；開展適合于批量化制作的三電極結(jié)構(gòu)的充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池是未來充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池的重要方向。
導(dǎo)言
現(xiàn)在，在常見的電化學(xué)儲能設(shè)備中，金屬-空氣充電機(jī)充電蓄電池（metal-air battery）是電能高效變換和大規(guī)模貯存的重要技能方向。該充電機(jī)充電蓄電池運(yùn)用空氣中的氧氣作為正極電化學(xué)反響活性物質(zhì)，金屬鋰、鋅、鋁或鎂作為負(fù)極電化學(xué)反響活性物質(zhì)。在充電機(jī)充電蓄電池運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)程中金屬電極發(fā)作溶解或堆積，放電產(chǎn)品溶解在堿性電解液中；空氣中的氧氣在負(fù)載電催化劑的空氣電極（bifunctional air electrode，BAE）中，進(jìn)行氧復(fù)原（ORR）或氧分出（OER）電化學(xué)反響，完結(jié)電能與化學(xué)能彼此變換。在不同類型的金屬-空氣充電機(jī)充電蓄電池中，水系的充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池技能相對老練，在未來的動力運(yùn)用中有極大的遠(yuǎn)景。由于充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池的正極運(yùn)用空氣中的氧氣作為活性物質(zhì)，容量無限；充電機(jī)充電蓄電池比能量取決于負(fù)極容量，理論能量密度高達(dá)1086 W·h/kg，是現(xiàn)在鋰離子充電機(jī)充電蓄電池技能的5倍。在本錢方面，充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池可能以更低的價格生產(chǎn)，據(jù)估計少于10 $/(kW·h)，比鋰充電機(jī)充電蓄電池低2個數(shù)量級。因而，功用優(yōu)秀的充電機(jī)可充電氣鋅-空蓄電池在新動力發(fā)電儲能、電動汽車和便攜式電源等范疇有寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景。
充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為1.65 V，實際條件下充電電壓高于此值，放電電壓低于此值。該充電機(jī)充電蓄電池的負(fù)極為鋅電極，一般由鋅粉、鋅板、鋅箔或泡沫鋅等資料組成。正極為空氣電極，一般由分散層、集流體和催化層組成。通過優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)和催化劑的組分可以使充電機(jī)充電蓄電池功用得到顯著進(jìn)步。電解液一般選用6 mol/L的KOH溶液，室溫下該濃度的電解液具有較高的電導(dǎo)率，且電解液中可以溶解一定量的Zn2+。關(guān)于充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池來說，充放電進(jìn)程中空氣電極發(fā)作的氧分出反響（OER）和氧復(fù)原反響（ORR）相關(guān)于負(fù)極鋅更難進(jìn)行，O2在水中溶解度低（10-6 mol/L），在空氣電極表面吸附困難，且氧氧鍵能很大（498 kJ/mol），很難開裂，然后形成正極動力學(xué)進(jìn)程相對緩慢，相同電流密度下過電勢更大的特色，電壓損失首要來自于正極，是制約充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池功用的核心要素之一。為了進(jìn)一步進(jìn)步充電機(jī)充電蓄電池功用，開發(fā)有高活性和穩(wěn)定性的空氣電極催化劑就顯得非常必要。一起，空氣電極的反響觸及多相、多界面間的傳質(zhì)，所觸及的原子、基團(tuán)、部件等跨標(biāo)準(zhǔn)問題非常復(fù)雜，合理規(guī)劃空氣電極的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)氣-液-固三相界面的傳質(zhì)，是下降空氣電極電化學(xué)極化的重要途徑。本文首要評論空氣電極的氣體分散結(jié)構(gòu)、催化劑以及雙功用空氣電極研討開展。
文章目錄及圖文導(dǎo)讀
1 空氣電極內(nèi)的分散傳質(zhì)
2 空氣電極催化劑
2.1 單功用氧復(fù)原催化劑
2.1.1 氧復(fù)原進(jìn)程（ORR）原理
2.1.2 氧復(fù)原催化劑
表1 充電機(jī)充電一次氣鋅-空蓄電池單功用氧復(fù)原催化劑
2.2 雙功用催化劑
1 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)及其氧復(fù)原活性與電子填湊數(shù)聯(lián)系
2 3DOM Co3O4的TEM圖及充電機(jī)充電可充電鋅空蓄電池充放電功用及循環(huán)穩(wěn)定性
3 NiCo/PFC雙功用催化劑循環(huán)穩(wěn)定性成果、SEM圖及氣液固三相反響進(jìn)程示意圖
充電機(jī)可充電氣鋅-空蓄電池雙功用催化劑
3 空氣電極結(jié)構(gòu)
4 基于混合型催化劑的三電極式電化學(xué)充電機(jī)可充電氣鋅-空蓄電池新式雙功用空氣電極 不含黏結(jié)劑的集成式空氣電極
5 Co4N/CNW/CC雙功用電極在電化學(xué)充電機(jī)可充電氣鋅-空蓄電池中的運(yùn)用
6 Co4N/CNW/CC雙功用電極在電化學(xué)充電機(jī)可充電氣鋅-空蓄電池中的運(yùn)用
結(jié)語
由于市場對綠色充電機(jī)充電蓄電池產(chǎn)品與新動力技能的迫切需求，國內(nèi)外現(xiàn)已展開大量研討并獲得顯著技能進(jìn)步，其中電化學(xué)可充的鋅-空氣二次充電機(jī)充電蓄電池具有能量密度高、安全環(huán)保的特色，得到越來越多的重視?？諝怆姌O作為充電機(jī)充電蓄電池要害組件，是研討開發(fā)的焦點。盡管現(xiàn)在關(guān)于空氣電極相關(guān)的研討現(xiàn)已有許多的開展，但為了進(jìn)一步開展電化學(xué)可充式二次充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池仍需求許多的盡力。因而，未來的研討依然需求在以下幾個方向持續(xù)盡力。
（1）開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性、價格合理的雙功用電催化劑。進(jìn)一步對水系電解液條件下氧復(fù)原進(jìn)程和氧分出進(jìn)程的機(jī)理有更深化的了解，對催化劑的活性位點有更深化的知道，進(jìn)而可以合理規(guī)劃新式的催化劑。
（2）高度結(jié)構(gòu)化的空氣電極規(guī)劃與制備工藝開發(fā)?，F(xiàn)在的充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池研討與堿性燃料充電機(jī)充電蓄電池非常相似，運(yùn)用碳資料為基底，如Toray碳紙等，但是碳資料在重復(fù)的充放電進(jìn)程中，極易發(fā)作碳蝕現(xiàn)象。并且，空氣電極的制備進(jìn)程非常繁瑣，輔佐成分的增加也會發(fā)生一些不利的影響。催化劑與基底間作用力較弱時極易掉落，形成充電機(jī)充電蓄電池功用的衰減。因而，需求開展一些新式結(jié)構(gòu)的空氣電極結(jié)構(gòu)，使充電機(jī)充電蓄電池的運(yùn)用周期更長。
（3）開展適合于批量化制作的三電極結(jié)構(gòu)充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池。通過ORR和OER進(jìn)程的解耦，為保持催化劑與空氣電極功用提供條件，有效進(jìn)步充放電循環(huán)穩(wěn)定性。此外，電化學(xué)可充電的充電機(jī)充電氣鋅-空蓄電池在能量密度和技能經(jīng)濟(jì)方面有顯著優(yōu)勢，是未來新式充電機(jī)充電蓄電池技能的重要開展方向。
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