新型水锂电池的原理是什么？

新型水锂电池的原理是什么？

在水性电解液，它们的氧化还原电位的差异是非常大的，它们的组合将建立一个可再充电的电池系统的概略结构的组装的水可再充电锂的电池(ARLB)使用的被覆的锂金属作为阳极和锰酸锂作为阴极，其CV曲线的扫描速度为0.1   mV/s,有两对氧化还原峰，分别位于4.14/3.80和4.28/3.93   V。从上面的图中，氧化还原反应如下所示:在充电过程中，只有一个在阳极反应。Li   +离子从水性电解液运输通过被覆层，减少在锂金属表面和沉积Li金属。在阴极上进行两种反应:Li   +的阳离子去地嵌入从四面体8a的和八面体16c的站点，随后，造成两对氧化还原峰，和有机电解质的行为类似。在放电过程中，反向的过程发生。因此，在我们的ARLB的CV曲线有两对氧化还原峰。这表明，我们上面的电池化学涂层的锂金属，0.5mol.L-1   Li2SO4/LiMn2O4可以在水性电解液的可充电电池平均输出电压高于3.8   V，远高于水的理论分解电压，即1.229   V。水锂电池
水锂电池

图3:(一)示意图我们设计的可再充电锂水溶液的电池(ARLB)使用的被覆的锂金属作为阳极，锰酸锂作为阴极和0.5mol.L-1   Li2SO4水溶液作电解质，及(b)简历ARLB的扫描速率为0.1   mV   s-1的。的电势变化的Li   +离子在我们设计ARLB的是，在图4中所示。锂金属具有最低的氧化还原电位，-3.05   V(相对于标准氢电极，SHE)，并迅速与水反应，产生氢气和LiOH。此外，锂金属的电位是远低于析氢，氢将容易地生产。然而，在我们的例子中，的涂层锂金属是很稳定，在水溶液电解质和有没有析氢。主要的原因是，Li   +离子可以跨越通过涂层的析氢的电势范围内，并直接到达的锂金属。此交叉的是类似的小区membrane24两侧之间的电势变化。在涂层中Li   +离子的电位的急剧减小从正到负。Li   +离子的外侧的涂层有更高的电势，是非常稳定的。   Li   +离子在涂层内部不与水接触，不能给电子原子李导致生产氢的水。顺便说一下，水和质子无法进入内部的涂层，它们无法到达足够的低电位来生产氢气。至于LiMn2O4正极，它是稳定的，因为它的潜力是在水中下面，对氧的演化和远高于析氢。

水锂电池
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图4:LiMn2O4在电解液和被覆的锂金属之间的移动过程中Li   +离子的电位的示意图。

在图5中所示的在3.7和4.25   V之间的ARLB的电化学性能。在恒流充的ARLB曲线在电流密度为100毫安克-1有两个不同的电压在4.04和4.18   V.高原在放电过程中的锰酸锂的质量的基础上，两个电压高原出现在4.07和3.94的V，分别。这是两对夫妇以上的CV曲线中观察到的氧化还原峰，与脱嵌Li   +离子进入尖晶石锰酸锂的嵌入和良好的协议。约为4.0   V，0.2   V高于那些基于LiMn2O4的阴极和石墨碳阳极的锂离子电池的平均放电电压。放电和充电电压的基础上，将能源效率在95%以上，高于那些为锂离子电池(约90%)和其他的电池systems12，22，25。此电池的初始充放电容量根据锰酸锂的质量上的130和115毫安克-1，分别与初始库仑效率是88.5%。这些值是那些在有机electrolyte7类似。的能力远高于-solution12基于新的液体阴极。当然，在使用有机电解质的锂离子电池，锰酸锂应掺杂或涂层，以确保其良好的循环performance26，其可逆容量是110毫安克-1以下。这里LiMn2O4的不需要掺杂或coating16，17，而实际上是高于在有机电解质中的锰酸锂的比容量在ARLB。

图5:我们的设计ARLB的电化学性

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新型水锂电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳．常见的正极材料主要成分为   LiCoO2   ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中．放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合．锂离子的移动产生了电流．