新一代金屬-空氣二次電池的氧化物空氣極催化劑

刊名：工業(yè)材料（日）

刊期：2014年第1期

作者：竹口竜彌

編譯：張英才

通常插電式混合動(dòng)力汽車或純電動(dòng)汽車使用鋰離子二次電池作為電源，但這些車型要得到實(shí)質(zhì)性普及必須延長(zhǎng)續(xù)駛里程，即希望開發(fā)出高能量密度的新一代二次電池。金屬-空氣電池是最有希望的新一代二次電池之一，如鋁-空氣電池的理論能量密度達(dá)到8.1kW·h/kg，不僅大大超過現(xiàn)用鋰離子電池的0.2kW·h/kg，而且?guī)缀蹩梢耘c汽油的能量密度媲美。但金屬-空氣電池還存在許多需要攻克的課題，例如：必須開發(fā)非水系的電解質(zhì)；必須開發(fā)新的空氣極催化劑，以提高現(xiàn)有空氣極的反應(yīng)效率等。

實(shí)現(xiàn)高性能金屬-空氣電池的關(guān)鍵之一是開發(fā)出高活性氧還原反應(yīng)與氧放出反應(yīng)的空氣極催化劑，鈣鈦礦氧化物可以提高空氣極的活性，但尚不能滿足起動(dòng)電動(dòng)勢(shì)的要求。將新開發(fā)的RP型層狀鈣鈦礦氧化物、LaSr3Fe3O10作為催化劑取得很大成功。層狀鈣鈦礦氧化物與單純鈣鈦礦氧化物不同，其是3層結(jié)構(gòu)，在充、放電時(shí)幾乎不發(fā)生能量損失。此外，由于具有足夠的導(dǎo)電性能，無(wú)須添加碳素，避免了引起碳素燃燒的問題。通過試驗(yàn)測(cè)定明確了促進(jìn)充電、放電反應(yīng)的機(jī)理。使用這種空氣極催化劑，當(dāng)電極電位高于平衡電極電位（1.2V）時(shí)，電極反應(yīng)向氧化方向移動(dòng)；當(dāng)?shù)陀谄胶怆姌O電位時(shí)則向還原方向移動(dòng)，恢復(fù)到最初放電前的狀態(tài)。本空氣極催化劑中不含有貴金屬，因此對(duì)降低成本和節(jié)約貴金屬資源有利。