离子扩散对-氧电化学过程和使用碳纳米管-石墨烯基底的电池应用的影响
Stanislav Levchenko1, Vittorio Marangon1,2, Sebastiano Bellani3
1Department of Chemical, Pharmaceutical and Agricultural Sciences, University of Ferrara, Via Fossato di Mortara 17, Ferrara 44121, Italy.
ACS applied materials & interfaces
|August 8, 2023
概括
本研究研究了氧电池的气体扩散层 (GDL),揭示了它们对电化学性能和离子扩散的影响. 优化的GDL可以提高下一代储能系统的容量和周期寿命.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 氧 (Li-O2) 电池具有高的理论容量,但由于对组件性能关系的理解有限,因此面临挑战.
- 气体扩散层 (GDL) 是影响Li-O2电池性能的关键组件,但它们的具体作用需要进一步阐明.
研究的目的:
- 研究不同气体扩散层 (GDL) 对氧 (Li-O) 电池电化学性能的影响.
- 了解GDL特征 (表面积,毛孔大小,疏水性) 与-O电池性能 (包括离子扩散) 之间的关系.
主要方法:
- 选具有受控制的低特异面积,大孔,石墨性质和低PTFE含量的GDL.
- 使用裸体GDL对Li-O2细胞进行电化学表征,包括循环电压测量和阻抗光谱学.
- 在氧降解 (ORR) 和氧演化 (OER) 反应过程中对Li+ (D) 扩散系数 (D) 的研究.
主要成果:
- ORR发生在2.8V以下与Li+/Li相比,OER发生在3.6V以上与Li+/Li使用裸体GDL.
- 电化学激活显著降低了细胞阻抗,并实现了高可逆容量 (68 mA h cm-2).
- 在ORR期间Li+ (D) 扩散系数高于ORR (10-1010-8厘米-2-1厘米) 比OER (10-1710-11厘米-2-1厘米),受GDL属性和电荷状态的影响.
- 优化了支持少数层石墨烯和碳纳米管的GDL,产生了一种Li-O2细胞,其1250 mA h g-1容量在0.33 mA cm-2.
- XPS分析表明,形成了一个稳定的固体电解质间相,延长了循环寿命.
结论:
- GDL 特性对 Li-O 电池的性能产生重大影响,影响反应潜力,阻抗和离子扩散.
- 电化学激活和通过纳米碳添加剂优化GDL显著提高容量和循环寿命.
- 该研究提供了关于Li+扩散动态的见解,这对于设计先进的Li-O2电池系统至关重要.
