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明偉教授的研究小組東北原子分子材料科學高級研究院(AIMR)2015年九月與使用具有三維結構的納米多孔石墨烯,能夠改善大的蓄電和耐久性的它宣布,它已經成功地在“鋰空氣電池”的開發。當從實驗結果估計,能夠行駛的電動汽車一次充電的距離被視為超過500公里。

新的二次電池“的鋰空氣電池”

 鋰空氣電池的利益作為一個新的二次電池,鋰金屬,並進行操作只與電解質和空氣,所述電容可以達到5-8倍的鋰離子電池。陳和他的同事們正專注於鋰空氣電池,他在2012年使用的是納米多孔金發表了一篇論文在鋰空氣電池。鋰空氣電池是每單位催化劑重量的電容量為300毫安·小時/克(典型的鋰離子電池是150mAh可/克),當它被安裝在電動汽車,一次充電運行270公里(向上160公里)並且還能夠通過。此外,使用納米多孔金鋰空氣電池表明,它是可能的充電和放電100次循環。

 以前的研究中,高導電率獲得,並且空隙率使用99%的納米多孔石墨作為正極,而超過30倍的電容量與鋰離子電池的電流進行比較(8300mAh / g)的在已經開發的電極材料具有非常高的能量利用效率,過電壓在充電它也是一個問題,例如保持在約50%。


鋰空氣電池及其預期已經反應機理。左上是鋰空氣電池的工作原理。右上全面使用鈕扣電池,鋰空氣電池的外觀。下面(點擊放大)化學方程式是發生在外觀上和表面上的納米多孔石墨烯電極來源的化學反應:東北

同時工作在穩定超過100倍

 在這項研究中,具有大電容的碳材料中加入少量的釕基催化劑。因此,與電極本身,而不影響孔隙率和電導率,比表面積大,有可能實現一個大電容(2000mAh的/ g)和充電電壓(4.0V或更小)在同一時間。在一起,能量效率提高到72%,也有人成功地開發以穩定的方式運行的100倍以上的氣室。


日本科學技術振興機構(JST)是2015年9月2日,陳明煒教授課題組東北大學原子分子材料科學高等研究機構(AIMR)是一個典型的鋰離子電池的六倍以上電容量有,該公司宣布,它已成功地在鋰空氣電池,可反复使用100次以上的發展。通過在電動汽車使用這種鋰空氣電池,它被稱為擴展里程500〜600公里。

 EV但預計將下一代車輛,它的每一個電荷的引為對於傳播的挑戰之一里程。它是約200公里可以在離子電池用於當前EV鋰的電容運行。

 然後,它是鋰 - 空氣電池,其實際使用被期待作為與更多的電容的二次電池中的一個。這種電池是由鋰離子電池不同,不使用鈷和錳基化合物至陰極,並只操作鋰金屬,電解質和空氣(圖1),5-8倍的電的鋰離子電池它是能夠達到的容量。

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圖1機制“鋰空氣電池”。鋰金屬對負極,採用一種金屬或到正電極的多孔碳。鋰離子和氧反應在正電極,我明白了產生過氧化鋰(Li2O2)(放電)的電力。此外,成為生成的過氧化鋰是可能重新放電通過分解成鋰和氧(充電)和來源:JST

 鋰空氣電池是在電極材料和催化劑顯影響應於化學反應在充電和放電中,已經開發了各種金屬和碳材料在國內外的競爭。Chen和他的同事們的組,而不是某些含水系統中,如燒成直至本的風險,促進了關注,研究了納米多孔正電極材料的穩定的非水性鋰空氣電池的性能(圖2)這是。

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圖納米多孔石墨烯來源的三維視圖:JST

 該研究小組已經具有高的電導率,通過使用納米多孔石墨烯孔隙率達到99%時作為正極,的鋰離子電池的市售(8300mAh / g)的至少30倍的電容量它已成功地開發具有的電極材料。但充電時的過電壓低,非常高的能量利用效率,倒入約50%已被實際應用的一個障礙。


以達到72%的能量利用效率

 此時,在同一研究組新的陰極材料,氧化釕,開發一個氮Dopunano多孔石墨電極夾在中間的石墨烯的納米顆粒用在鋰 - 空氣電池(圖3)。用納米多孔石墨烯此比表面積大,而不會損害孔隙率和導電性,高的電容量(2000mAh的/ g)和充電電壓(4.0V或更小)同時達到這一點。

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圖3氮Dopunano多孔石墨烯電極來源:JST

 它再進行充電和鋰空氣電池的放電,氮Dopunano多孔石墨烯具有每電極高達8000mAh單位重量的電容量時,完全放電反复試驗。在這種情況下,在定影每電容2000mAh的電極單位重量的被發現具有耐久性能夠執行100次以上的充放電的。

 實驗改變充電和放電,比鋰空氣電池的常規的快速充電速度期間的電流密度進一步的結果,表明在72%的上述大大常規的50%的能量效率。

 JST對於這一結果,大容量的結果,一直朝向實用化的高效率的鋰空氣電池的正電極材料的一個重要的成就。且成本高,因為它使用了一個,而在少量貴金屬釕,而催化劑,在充電期間的問題,如大的過電壓的在左邊。調研組在未來,但實際的政策,繼續開拓公司新開發的電極。


資料來源:http://eetimes.jp/ee/articles/1509/03/news110.html

資料來源:http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1509/...

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