锂离子电池原理
当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。
同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
锂空气电池
锂空气电池是一种用锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。
与锂离子电池要锂的化合物和石墨做电极不同,锂空气电池可以直接使用锂金属单质(Li)和空气中的氧气(O2)作为电极。在最理想的情况下,电池放电时,由氧气氧化锂单质生成过氧化锂(Li2O2),在外电路中出现电流;充电时再由过氧化锂分解成锂和氧气。全过程无需其它质量较大的元素参与,而阴极甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不计的空气!
锂空气电池工作原理
锂空气电池的概念最早由Lockheed提出,电解液为碱性水溶液。氧气在空气电极上发生氧还原反应,形成氢氧化物。其放电反应方程为:
4Li+O2+2H2O→4LiOH(1-1)
放电过程中Li、H2O和O2被消耗,在Li表面生成了一层保护膜而阻碍电化学反应的快速进行。在开路或低功率的状态下,Li的自放电率很高,并伴随着Li的腐蚀反应:
Li+H2O→LiOH+1/2H2(1-2)