一种混合能源锂空气电池及其充电方式制造技术

本发明专利技术提供了一种锂空气电池，包括正极；所述正极上复合有光电半导体材料。本发明专利技术将光能与金属空气电池进行结合，利用锂空气电池开放的电池体系，将光电正极材料集成到锂空气电池中，将太阳能直接转化成电能，同时还能进一步降低锂空气电池的过电位。本发明专利技术综合利用半导体材料的光生电性能来解决锂空气电池的高过电位问题，将光能和电能集成到一种储能设备中，将太阳能电池和锂空气电池优化结合，既具有太阳能电池的优点，也能解决锂空气电池过电势高的问题，并且两者集成到一个电池体系中，结构紧凑，而且制作方法简单，易于后续工业化发展。发展。

【技术实现步骤摘要】
一种混合能源锂空气电池及其充电方式


[0001]本专利技术属于金属
‑
空气电池
，涉及一种锂空气电池及其充电方式，尤其涉及一种混合能源锂空气电池及其充电方法。

技术介绍

[0002]能源问题一直是制约人类社会发展和进步的关键问题。随着化石能源等不可再生能源的日益枯竭和环境问题的日益严重，寻找绿色安全的新能源成为全世界关注的焦点。由于太阳能具有环境友好、资源丰富的优点，被认为是最绿色和理想的替代能源。而目前利用太阳能的方式主要是产热和产电，由于太阳能的间歇性和不稳定性导致其需要配套的储能设备，用于能量的收集和存储。锂空气电池作为理论能量密度最高的储能设备受到人们的广泛关注，然而较高的过电势引起电解质分解相关的副反应制约其发展。
[0003]因此，如何制备更为适宜的锂电池，进一步提高金属空气电池的性能，降低其较高的过电势，已经成为该领域内诸多前沿科研人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种锂空气电池及其充电方式，特别是一种光能、电能混合能源锂空气电池。本专利技术提供的锂空气电池，能够利用太阳光能进行充电，而且还能够降低锂空气电池的高过电位，将光能和电能集成到一种储能设备中。
[0005]本专利技术提供了一种锂空气电池，包括正极；
[0006]所述正极上复合有光电半导体材料。
[0007]优选的，所述锂空气电池为光充电锂空气电池；
[0008]所述氧化锂的生成分解电位在所述光电半导体材料的导带和价带之间。
[0009]优选的，所述光电半导体材料包括TiO2、掺杂TiO2半导体材料、C3N4和掺杂C3N4半导体材料中的一种或多种；
[0010]所述光电半导体材料的价带电势大于过氧化锂的分解电势；
[0011]所述正极的材料包括碳和/或镍；
[0012]所述正极的形貌包括多孔的气体扩散层。
[0013]优选的，所述掺杂TiO2半导体材料包括Ru、Au、Pt、Co和Ni中的一种或多种掺杂的TiO2半导体材料；
[0014]所述掺杂C3N4半导体材料包括Ru、Au、Pt、Co和Ni中的一种或多种掺杂的C3N4半导体材料；
[0015]所述过氧化锂的分解电势为2.96V。
[0016]优选的，所述正极包括碳纸、碳布和泡沫镍中的一种或多种；
[0017]所述复合的方式包括生长、沉积、涂覆、喷涂和浸渍中的一种或多种；
[0018]所述光电半导体材料载量为(0.1～2)mg/cm2。
[0019]优选的，所述锂空气电池为混合能源空气电池；
[0020]所述锂空气电池还包括电解质、隔膜、负极和集流体中的一种或多种；
[0021]所述电解质包括液态电解液、凝胶电解质和固态电解质中的一种或多种。
[0022]优选的，所述隔膜包括玻璃纤维膜和/或PP膜；
[0023]所述负极包括锂负极；
[0024]所述集流体包括泡沫镍和/或不锈钢网。
[0025]优选的，所述液态电解液包括锂盐电解质和有机溶剂；
[0026]所述锂盐电解质包括三氟甲磺酸锂、高氯酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或多种；
[0027]所述有机溶剂包括四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚和二甲基亚砜中的一种或多种。
[0028]本专利技术还提供了一种锂空气电池的充电方式，在光照的条件下，对锂空气电池进行充电，得到充电后的锂空气电池；
[0029]和/或
[0030]在无光照的情况下，采用外部电源进行充电，得到充电后的锂空气电池；
[0031]所述锂空气电池为光充电锂空气电池。
[0032]优选的，所述光照的波段包括可见光波段和/或紫外光波段；
[0033]所述光照的条件下充电得到的充电后的锂空气电池的过电势小于所述外部电源充电得到的充电后的锂空气电池的过电势；
[0034]所述光照的条件下充电得到的充电后的锂空气电池的过电势与所述外部电源充电得到的充电后的锂空气电池的过电势相比，降低10％～30％。
[0035]本专利技术提供了一种锂空气电池，包括正极；所述正极上复合有光电半导体材料。与现有技术相比，本专利技术针对现有的金属
‑
空气电池，存在较高的过电势引起电解质分解相关的副反应等制约其发展等问题。本专利技术创造性的将光能与金属空气电池进行结合，利用锂空气电池开放的电池体系，将光电正极材料集成到锂空气电池中，将太阳能直接转化成电能，同时还能进一步降低锂空气电池的过电位，得到了一种具有特定结构和组成的锂空气电池。本专利技术综合利用半导体材料的光生电性能来解决锂空气电池的高过电位问题，并将光能和电能集成到一种储能设备中。
[0036]本专利技术将特定的光电半导体材料设置在锂空气电池中，在光照条件下，半导体材料吸收太阳光，实现光生电子与空穴分离，充电时光生电子通过外电路传输到负极和锂离子结合沉积在负极上。光生空穴则氧化放电产物过氧化锂分解释放氧气。从而完成光能到化学能的转化。而且无光时，其充电过程和普通电池一样，通过外加电源使得过氧化锂分解，实现电能到化学能的转变。该光充电锂空气电池，能够直接利用太阳光对电池进行辅助充电，将太阳能直接转化电能，同时降低锂空气电池的反应过电位，实现在电池内部太阳能到电能的转化。本专利技术将太阳能电池和锂空气电池优化结合，既具有太阳能电池的优点，也能解决锂空气电池过电势高的问题，并且将两者集成到一个电池体系中，结构紧凑，而且制作方法简单，易于后续工业化发展。
[0037]实验结果表明，在模拟太阳光照条件下，使用半导体光电正极材料的锂空气电池其充电电位显著降低，充电截止电位从最初的4.5V以上降低至4V左右，实现太阳能到电能的转化和储存，为探索发展一体化太阳能储能电池奠定了基础。
附图说明
[0038]图1为本专利技术提供的光充电锂空气电池结构的示意简图；
[0039]图2为实施例1制备的喷涂C3N4光电极在有无光照下的首次充放电曲线；
[0040]图3为实施例2制备的原位生长C3N4光电极在有无光照下的首次充放电曲线；
[0041]图4为实施例3制备的原位生长TiO2光电极在有无光照下的首次充放电曲线；
[0042]图5为实施例4制备的原位生长缺陷TiO2‑
x
光电极在有无光照下的首次充放电曲线。
具体实施方式
[0043]为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利要求的限制。
[0044]本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
[0045]本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用分析纯或金属空气电池领域常规的纯度即可。
[0046]本专利技术提供了一种锂空气电池包括正极；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂空气电池，其特征在于，包括正极；所述正极上复合有光电半导体材料。2.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述锂空气电池为光充电锂空气电池；所述氧化锂的生成分解电位在所述光电半导体材料的导带和价带之间。3.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述光电半导体材料包括TiO2、掺杂TiO2半导体材料、C3N4和掺杂C3N4半导体材料中的一种或多种；所述光电半导体材料的价带电势大于过氧化锂的分解电势；所述正极的材料包括碳和/或镍；所述正极的形貌包括多孔的气体扩散层。4.根据权利要求3所述的锂空气电池，其特征在于，所述掺杂TiO2半导体材料包括Ru、Au、Pt、Co和Ni中的一种或多种掺杂的TiO2半导体材料；所述掺杂C3N4半导体材料包括Ru、Au、Pt、Co和Ni中的一种或多种掺杂的C3N4半导体材料；所述过氧化锂的分解电势为2.96V。5.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述正极包括碳纸、碳布和泡沫镍中的一种或多种；所述复合的方式包括生长、沉积、涂覆、喷涂和浸渍中的一种或多种；所述光电半导体材料载量为(0.1～2)mg/cm2。6.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述锂空气电池为混合能源空气电池；所述锂空气电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新波，刘建伟，曹任飞，鲍迪，陈红，王金，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：