RU2591203C2 - Lithium-air accumulator and method for production thereof - Google Patents
Lithium-air accumulator and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2591203C2 RU2591203C2 RU2012141276/04A RU2012141276A RU2591203C2 RU 2591203 C2 RU2591203 C2 RU 2591203C2 RU 2012141276/04 A RU2012141276/04 A RU 2012141276/04A RU 2012141276 A RU2012141276 A RU 2012141276A RU 2591203 C2 RU2591203 C2 RU 2591203C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lithium
- cathode
- filled
- conducting electrolyte
- anode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
- H01M12/065—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode with plate-like electrodes or stacks of plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
Литий-воздушный аккумулятор и способ его полученияLithium air battery and method for producing it
Настоящее изобретение относится к области перезаряжаемых химических источников тока и применяется для обеспечения электропитанием различных устройств, включая портативную электронику, электроинструмент, медицинскую технику и электротранспорт.The present invention relates to the field of rechargeable chemical current sources and is used to provide power to various devices, including portable electronics, power tools, medical equipment and electric vehicles.
Из существующего уровня техники известен литий-воздушный аккумулятор, который состоит из металлического литиевого анода, находящегося в герметичной камере, заполненной неводным литий-проводящим электролитом, устойчивым к металлическому литию (алкилкарбонаты, ионные жидкости, диоксолан и т.д.), и пористого катода, находящегося в катодной камере, имеющей доступ к кислороду и заполненной неводным литий-проводящим электролитом (глимы, эфиры, лактоны, сульфоны, ионные жидкости и т.д.). Катод и анод разделены твердым газоплотным литий-проводящим электролитом (стеклокерамическим, керамическим, полимеркерамическим и т.д.). Катод представляет собой токосъемник (никелевая или нержавеющая сетка или фольга), на который нанесен слой пористого активного материала: смеси или композита проводящей углеродной матрицы (графита, ацетиленовой сажи, активированного угля, углеродных нанотрубок и т.д.) с каталитическими оксидами переходных металлов, благородными металлами (US 20110223494, опубл. 15.09.2011), макроциклическими комплексами переходных металлов (US 20110305974, опубл. 15.12.2011). Недостатками данного технического решения является то, что каталитические добавки зачастую имеют низкую электронную проводимость и рабочая площадь поверхности катода сокращается до площади границы фазового раздела между каталитическим и углеродным материалом, что значительно снижает эффективность работы катода.A lithium-air battery is known from the prior art, which consists of a lithium metal anode located in a sealed chamber filled with a non-aqueous lithium-conducting electrolyte resistant to lithium metal (alkyl carbonates, ionic liquids, dioxolane, etc.), and a porous cathode located in the cathode chamber with access to oxygen and filled with non-aqueous lithium-conducting electrolyte (glymes, ethers, lactones, sulfones, ionic liquids, etc.). The cathode and anode are separated by a solid gas-tight lithium-conducting electrolyte (glass-ceramic, ceramic, polymer-ceramic, etc.). The cathode is a current collector (nickel or stainless mesh or foil) on which a layer of porous active material is applied: a mixture or composite of a conductive carbon matrix (graphite, acetylene black, activated carbon, carbon nanotubes, etc.) with catalytic oxides of transition metals, noble metals (US20110223494, publ. September 15, 2011), macrocyclic transition metal complexes (US 20110305974, publ. 15.12.2011). The disadvantages of this technical solution is that the catalytic additives often have low electronic conductivity and the working surface area of the cathode is reduced to the phase boundary between the catalytic and carbon material, which significantly reduces the efficiency of the cathode.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является литий-воздушный аккумулятор, в котором в качестве каталитического катодного материала используется непосредственно углеродная матрица (ацетиленовая сажа, графит, углеродные нанотрубки, мезопористый углерод и т.д.; US 20110305974, опубл. 15.12.2011), которая обладает одновременно электронной проводимостью, пористостью и способностью к адсорбции и восстановлению молекулярного кислорода. Недостатком данного технического решения является то, что коммерчески доступные углеродные материалы зачастую не обладают достаточно высокой каталитической активностью, и их использование в литий-воздушном аккумуляторе не позволяет достичь высокой удельной емкости. Это может быть связано с недостаточным количеством находящихся на поверхности углеродных материалов кислородных функциональных групп, являющихся активными центрами, на которых происходит восстановления кислорода.Closest to the claimed technical solution is a lithium-air battery, in which the carbon matrix is directly used as the catalytic cathode material (acetylene black, graphite, carbon nanotubes, mesoporous carbon, etc .; US 20110305974, publ. 15.12.2011), which has both electronic conductivity, porosity and the ability to adsorb and restore molecular oxygen. The disadvantage of this technical solution is that commercially available carbon materials often do not have a sufficiently high catalytic activity, and their use in a lithium-air battery does not allow to achieve a high specific capacity. This may be due to the insufficient amount of oxygen functional groups located on the surface of carbon materials, which are active centers on which oxygen reduction occurs.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение времени работы аккумулятора без подзарядки за счет увеличения емкости аккумулятора.The problem to which the invention is directed, is to increase the battery life without recharging by increasing the battery capacity.
Указанная задача достигается тем, что в литий-воздушном аккумуляторе, состоящем из металлического литиевого анода, находящегося в герметичной камере, заполненной неводным литий-проводящим электролитом, катода, находящегося в катодной камере, имеющей доступ к кислороду и заполненной неводным литий-проводящим электролитом,This task is achieved by the fact that in a lithium-air battery consisting of a lithium metal anode located in a sealed chamber filled with a non-aqueous lithium-conducting electrolyte, a cathode located in a cathode chamber having access to oxygen and filled with a non-aqueous lithium-conducting electrolyte,
токосъемник катода покрыт восстановленным оксидом графита с соотношением углерода к кислороду от 5 до 10, при этом разделительная перегородка выполнена из твердого литий-проводящего электролита, катод и анод прижимаются к мембране с помощью поршня (перфорированного в случае катода) и пружины;the cathode current collector is coated with reduced graphite oxide with a carbon to oxygen ratio of 5 to 10, while the dividing wall is made of a solid lithium-conducting electrolyte, the cathode and anode are pressed to the membrane using a piston (perforated in the case of the cathode) and a spring;
анодная камера заполнена неводным литий-проводящим электролитом, представляющим собой 1 М раствор LiClO4 в смеси пропиленкарбоната и 1,2-диметоксиэтана;the anode chamber is filled with a non-aqueous lithium-conducting electrolyte, which is a 1 M solution of LiClO 4 in a mixture of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane;
катодная камера заполнена неводным литий-проводящим электролитом, представляющим собой 1 М раствор бис-трифторметилсульфонилимида лития в тетраглиме;the cathode chamber is filled with a non-aqueous lithium-conducting electrolyte, which is a 1 M solution of lithium bis-trifluoromethylsulfonylimide in tetraglim;
для этого оксид графита, полученный методом Хаммерса, восстанавливают химически раствором аскорбиновой кислоты, отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и высушивают при температуре в диапазоне от 60° до 80°С, затем сухой восстановленный оксид графита при помощи ультразвуковой обработки диспергируют в органическом растворителе (например, ацетон, гептан, N-метил-2-пирролидон), наносят полученную суспензию на токосъемник катода и высушивают при температуре в диапазоне от 60° до 80°С, что позволяет получить большее количество функциональных кислородных групп.for this, the graphite oxide obtained by the Hammers method is chemically reduced with a solution of ascorbic acid, filtered, washed with distilled water and dried at a temperature in the range from 60 ° to 80 ° C, then the dry reduced graphite oxide is dispersed using an ultrasonic treatment in an organic solvent (for example, acetone, heptane, N-methyl-2-pyrrolidone), the resulting suspension is applied to the current collector of the cathode and dried at a temperature in the range from 60 ° to 80 ° C, which allows to obtain more functions oxygen-functional groups.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которыхThe invention is illustrated by drawings, in which
На фиг. 1 представлено схематическое изображение предлагаемого аккумулятора,In FIG. 1 is a schematic illustration of the proposed battery,
где 1 - катод;where 1 is the cathode;
2 - токосъемник;2 - current collector;
3 - литиевый анод;3 - lithium anode;
4 - анодная камера;4 - anode chamber;
5 - катодная камера;5 - cathode chamber;
6 - твердый литий-проводящий электролит;6 - solid lithium conductive electrolyte;
7 - перфорированный поршень;7 - perforated piston;
8 - поршень;8 - a piston;
9 - пружина;.9 - spring ;.
На фиг. 2 - микрофотография РЭМ восстановленного оксида графита;In FIG. 2 is a SEM photomicrograph of reduced graphite oxide;
На фиг. 3 - гальваностатическая разрядная кривая литий-воздушного аккумулятора с катодом, содержащим восстановленный оксид графита (плотность тока 0.01 мА/см2).In FIG. 3 - galvanostatic discharge curve of a lithium-air battery with a cathode containing reduced graphite oxide (current density 0.01 mA / cm 2 ).
Работает устройство следующим образом. При заряде аккумулятора литиевый анод 3 растворяется и ионы лития посредством электролитов поступают в катод 1. Кислород воздуха восстанавливается на катоде, в присутствии ионов лития образуя пероксид лития. При заряде образовавшийся пероксид лития электрохимически разлагается с выделением в электролит ионов лития и молекулярного кислорода. Образовавшиеся ионы лития восстанавливаются на аноде до металлического лития.The device operates as follows. When the battery is charged, the
В результате применения в качестве катода электрода из восстановленного оксида графита с соотношением углерода к кислороду 7, полученного диспергированием восстановленного оксида графита в N-метилпирролидоне, нанесенного на токосъемник и высушенного при 80°С, и использовании в качестве твердого литий-проводящего электролита стеклокерамической мембраны на основе фосфатов германия и алюминия, достигнута высокая удельная емкость аккумулятора (6000 мАч/г катодного материала при плотности тока 0.01 мА/см2), что позволяет увеличить время работы аккумулятора без подзарядки.As a result of using a reduced graphite oxide electrode with a carbon to oxygen ratio of 7 as a cathode, obtained by dispersing reduced graphite oxide in N-methylpyrrolidone deposited on a current collector and dried at 80 ° С, and using a glass-ceramic membrane as a solid lithium-conducting electrolyte on based on germanium and aluminum phosphates, a high specific battery capacity was achieved (6000 mAh / g of cathode material at a current density of 0.01 mA / cm 2 ), which allows to increase the operating time Battery life without recharging.
Claims (4)
отличающийся тем, что токосъемник катода покрыт восстановленным оксидом графита с соотношением углерода к кислороду от 5 до 10, при этом разделительная перегородка выполнена из твердого литий-проводящего электролита, катод и анод прижимаются к мембране с помощью поршня (перфорированного в случае катода) и пружины.1. A lithium-air battery consisting of a lithium metal anode located in a sealed chamber filled with a non-aqueous lithium-conducting electrolyte, a cathode located in a cathode chamber having access to oxygen and filled with a non-aqueous lithium-conducting electrolyte,
characterized in that the cathode current collector is coated with reduced graphite oxide with a carbon to oxygen ratio of 5 to 10, while the dividing wall is made of a solid lithium-conducting electrolyte, the cathode and anode are pressed to the membrane using a piston (perforated in the case of the cathode) and a spring.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012141276/04A RU2591203C2 (en) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | Lithium-air accumulator and method for production thereof |
PCT/RU2012/000788 WO2014051458A1 (en) | 2012-09-27 | 2012-09-28 | Air cathode including reduced graphite oxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012141276/04A RU2591203C2 (en) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | Lithium-air accumulator and method for production thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012141276A RU2012141276A (en) | 2014-04-10 |
RU2591203C2 true RU2591203C2 (en) | 2016-07-20 |
Family
ID=50388707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012141276/04A RU2591203C2 (en) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | Lithium-air accumulator and method for production thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2591203C2 (en) |
WO (1) | WO2014051458A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU193504U1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-10-31 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | POLYMERIC LITHIUM-ION BATTERY |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7138364B2 (en) * | 2018-02-12 | 2022-09-16 | ハイラブズ ゲーエムベーハー | Flow battery, its manufacturing process, and its method of use |
CN110790271B (en) * | 2019-11-26 | 2021-09-28 | 山东理工大学 | Graphite oxide with multi-carbonyl functional groups and preparation method thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2323506C2 (en) * | 2002-10-25 | 2008-04-27 | Пирелли Энд К. С.П.А. | Solid-oxidant fuel cell using ceramic anode |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2259616C1 (en) * | 2004-08-17 | 2005-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Омега-Холдинг" | Negative plate of lithium-ion cell |
KR20100114003A (en) * | 2009-03-06 | 2010-10-22 | 도요타 지도샤(주) | Air cathode and nonaqueous air battery |
US8481187B2 (en) * | 2009-09-10 | 2013-07-09 | Battelle Memorial Institute | High-energy metal air batteries |
-
2012
- 2012-09-27 RU RU2012141276/04A patent/RU2591203C2/en not_active IP Right Cessation
- 2012-09-28 WO PCT/RU2012/000788 patent/WO2014051458A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2323506C2 (en) * | 2002-10-25 | 2008-04-27 | Пирелли Энд К. С.П.А. | Solid-oxidant fuel cell using ceramic anode |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU193504U1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-10-31 | Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") | POLYMERIC LITHIUM-ION BATTERY |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014051458A1 (en) | 2014-04-03 |
RU2012141276A (en) | 2014-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5449522B2 (en) | Air battery | |
WO2012025975A1 (en) | Air electrode, metal-air battery, and method for producing air electrode for metal-air battery | |
EP2835855B1 (en) | Lithium-air battery and preparation method therefor | |
JP5852548B2 (en) | Porous carbon and metal air batteries | |
Lin et al. | O2/O2–Crossover-and Dendrite-Free Hybrid Solid-State Na–O2 Batteries | |
JP2018532224A (en) | Semi-solid flow Li / O2 battery | |
Jeżowski et al. | Sodium amide as a “zero dead mass” sacrificial material for the pre-sodiation of the negative electrode in sodium-ion capacitors | |
JPWO2011074122A1 (en) | Air electrode for air battery and air battery provided with the air electrode | |
WO2019201431A1 (en) | Additives and methods to add additives in a rechargeable non-aqueous lithium-air battery | |
JP2015076125A (en) | Porous carbon and metal-air battery | |
JP5343594B2 (en) | Non-aqueous air secondary battery | |
RU2591203C2 (en) | Lithium-air accumulator and method for production thereof | |
JP2008288091A (en) | Lithium secondary battery | |
JP2014072079A (en) | Air electrode for metal-air battery | |
JP5763161B2 (en) | Air battery | |
JP2014093227A (en) | Air electrode for air battery and air battery including the air electrode | |
EP2835859B1 (en) | Electrolyte solution for lithium-air batteries, and lithium-air battery comprising the same | |
JP2012253072A (en) | Lithium ion capacitor | |
JP2014187383A (en) | Capacitor arranged by use of metal porous body | |
JP2014053271A (en) | Process of manufacturing carbon material for air electrode of air cell, carbon material for air electrode of air cell, and air cell containing carbon material | |
JP2014044896A (en) | Nonaqueous electrolyte air battery and its using method | |
JP5593169B2 (en) | Metal-air secondary battery | |
JP2022076603A (en) | Electrolytic solution for lithium-sulfur secondary battery and lithium-sulfur secondary battery | |
JP5565112B2 (en) | Capacitor using porous metal | |
JP2010177036A (en) | Air electrode layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20160309 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20160429 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160911 |