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中国团队研发出Li-N2充电电池利用可逆反应提升固化能效

  • 产品时间:2022-02-11 02:01
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简要描述:据外媒报导,由于氮气在大气层的含量十分非常丰富,其一度被视作可再生能源(renewableenergy)的最重要来源之一。然而,由于其原子结构的关系,氮气原子结构在常规条件下无法被超越,这对想将氮原子键(atomsbond)转化成为电能的科学家们而言,毫无疑问是众多挑战。如今,中国的研究人员已研发出有一款锂-氮(Li-N–)充电电池,其原理在于可逆反应6Li+N–?2Li–N的运用。...

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本文摘要:据外媒报导,由于氮气在大气层的含量十分非常丰富,其一度被视作可再生能源(renewableenergy)的最重要来源之一。然而,由于其原子结构的关系,氮气原子结构在常规条件下无法被超越,这对想将氮原子键(atomsbond)转化成为电能的科学家们而言,毫无疑问是众多挑战。如今,中国的研究人员已研发出有一款锂-氮(Li-N–)充电电池,其原理在于可逆反应6Li+N–?2Li–N的运用。

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据外媒报导,由于氮气在大气层的含量十分非常丰富,其一度被视作可再生能源(renewableenergy)的最重要来源之一。然而,由于其原子结构的关系,氮气原子结构在常规条件下无法被超越,这对想将氮原子键(atomsbond)转化成为电能的科学家们而言,毫无疑问是众多挑战。如今,中国的研究人员已研发出有一款锂-氮(Li-N–)充电电池,其原理在于可逆反应6Li+N–?2Li–N的运用。该电池系统由锂电池阳极(Lianode)、基于醚类电解质(ether-basedelectrolyte)、碳布阴极(carbonclothcathode)构成,该电池的法拉第效率为59%。

该“概念检验(proof-of-concept)”设计被刊出在《化学》(Chem)杂志上,通过逆向的化学反应为当前的锂-氮电池获取电能。与将氮锂化合物(2Li3N)分解成为锂和氮气,借以取得化学反应时所产生的能量有所不同,该研究机构的Li-N2电池可在环境温度条件下,在大气氮(atmosphericnitrogen)中运营,与锂产生再次发生反应后将分解氮锂化合物。相比于其他锂金属电池,其能量输入时间较短。

在室温条件下,该款Li-N2电池的结构及再行电池性(rechargeability)如下:图(A)Li-N2电池结构图,所含金属锂箔阳极(Li-foilanode)、基于醚类的电解质及共计阴极(CCcathode)。图(B):电流密度为0.05mA/cm2时,带上共计阴极的Li-N2电池的氮气烧结曲线(N2fixationcurves)(蓝色)及氮气进化曲线(N2evolutioncurves)(红色)。

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图(C):扫描频率为0.05mV/s时,在氮气饱和状态大气(黑色)及氩气饱和状态大气下(红色),Li-N2电池的控制点曲线(CVcurves)。图(D):电流密度为0.05mA/cm2时,Li-N2电池的循环性能。

该研究团队已论证,这款Li-N2电池需要在室温和大气温度下展开电池,其牵涉到一下共轭的电池反应(reversiblebatteryreactions):(化学方程式1)阳极:6Li++6Li++6e(化学方程式2)阴极:6Li++N2+6e-2Li3N(化学方程式3)整体:6Li++N2+=2Li3N该研究团队调查了钌共计阴极(Ru-CC)及二氧化锆共计阴极(ZrO2-CC)这两类填充阴极的用于,进而提高氮气烧结能效。带上阴极催化剂(catalystcathodes)的Li-N2电池的烧结能效要比完整共计阴极(pristineCCcathodes)的烧结能效低。

该项研究由中华人民共和国科学技术部(MinistryofScienceandTechnologyofChina)及国家自然科学基金委员会(NationalNaturalScienceFoundationofChina)获取资金反对。


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