基于固态陶瓷的锂空气电池结构设计及相关问题研究

基本信息
批准号:21673063
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:朱星宝
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张耀辉,王志红,曹志群,吕静波,王诗灼,李敬威,何怡飞,吕红煜
关键词:
陶瓷电解质氧气渗透膜产物分析锂空气电池浸渍工艺
结项摘要

Recently, “lithium-air batteries” the upgraded products of lithium-ion batteries have attracted an increasing attention in academia and industry. If successfully developed and commercialized, it will have a revolutionary impact on the electric vehicle industry and even electrical energy storage area. But, there are many key issues for lithium-air batteries required to be resolved, such as, volatility, flammability and decomposition issues for organic electrolytes; dendrite formation and surface corrosion for lithium anode; product deterioration at cathode side. Accordingly, we propose a novel solid-state lithium-air batteries that can solve the issues above mentioned. Moreover, this design can address two big concerns for conventional solid-state lithium-air batteries, i.e., high internal resistance and limited TPBs at cathode side. Based on this novel battery, this project will study some scientific issues in-depth, such as, (i) the essence of electrochemical reaction at TPBs of cathode; (ii) the effect of H2O and CO2 on battery performance; and (iii) the stability, oxygen permeability and selectivity of oxygen-selective-membrane. The results can provide experimental basis for in-depth understanding of the electrochemical reaction, provide theoretical support for electrode design, and resulting in a continuing shift from lithium-oxygen batteries to lithium-air batteries.

最近,锂离子电池的升级产品“锂空气电池”吸引了学术界和工业界的广泛关注。如果能最终研发成功并商业化,将对电动汽车行业以及电能存储领域产生革命性的影响。但目前锂空气电池中的很多关键问题都尚未得到解决,如:有机电解液的挥发、易燃、分解;锂负极的枝晶、腐蚀;正极的产物变质等问题。为此,申请人提出一种全新固态锂空气电池,可以全面解决上述问题。此外,通过结构设计解决了传统固态锂空气电池的两大致命问题:高的电池内阻和十分有限的阴极活性位点。本项目将基于这种新型固态锂空气电池,深入研究:(i)锂空气电池在正极三相界面的电化学反应本质;(ii)H2O和CO2对电池性能的影响程度;(iii)透氧膜的稳定性,氧渗透能力和选择能力。从而为深入理解锂空气电池的电化学反应路径提供实验依据,为电极结构设计提供理论支持,不断推进锂氧气电池向锂空气电池的转变。

项目摘要

本项目完成了LLZO的固相和液相合成,通过干压烧结的方式完成了致密LLZO陶瓷片的烧结,最终陶瓷块体的致密度达到95%以上,通过二次酸刻蚀完成双层(LLZO多孔层+LLZO致密层)甚至三层(LLZO多孔层+LLZO致密层+LLZO多孔层)的制备,通过浸渍方式将电子导电层引入多孔层中形成全固态空气阴极,并与LLZO致密层形成电解质阴极一体化结构,完成了锂空气电池的系统测试、表征;此外还完成高效空气电极催化剂、石墨烯基空气电极载体、金属锂阳极制备及保护、有机-陶瓷复合电解质薄膜、氧气渗透膜、锂空气单电池、原理样机等研究内容;突破了复合高效催化剂、复合固体电解质、氧气渗透膜、锂阳极制备及界面保护等关键技术;研制了锂空气电池样机(原理样机),通过试验测试,锂空气电池样机表面积达到50cm2;电流密度为0.1mA/cm2时,容量达到729mAh,样机比能量达到1360Wh/kg,0.1C倍率循环100周容量保持率100%,能量保持率97.5%,技术成熟度达到了4级。项目执行期间申请国家发明专利6项,发表SCI论文34篇,培养博士生3人,硕士生5人。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
4

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
5

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

DOI:10.16383/j.aas.2016.c150880
发表时间:2016

朱星宝的其他基金

相似国自然基金

1

陶瓷基固态锂空气电池嵌脱锂正极材料的催化及储能复合机制研究

批准号:51702040
批准年份:2017
负责人:魏召唤
学科分类:E0208
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

锂空气电池空气极的结构设计、制备及性能研究

批准号:61471317
批准年份:2014
负责人:王淼
学科分类:F0122
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
3

新型聚合物电解质基固态锂-空气电池复合空气电极构筑研究

批准号:21875007
批准年份:2018
负责人:郭现伟
学科分类:B0905
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
4

锂空气电池正极界面催化的机制研究与微观结构设计

批准号:21573272
批准年份:2015
负责人:刘建军
学科分类:B0205
资助金额:66.00
项目类别:面上项目