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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 电化资源 » （转帖）中国研究人员研发出Li-N2充电电池
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ywuweizi

版主 (著名写手)

[交流] （转帖）中国研究人员研发出Li-N2充电电池 已有5人参与

据外媒报道，由于氮气在大气层的含量极为丰富，其一度被视为可再生能源（renewable energy）的重要来源之一。然而，由于其原子结构的关系，氮气原子结构在常规条件下难以被打破，这对想要将氮原子键（atoms bond）转化为电能的科学家们而言，无疑是一大挑战。
如今，中国的研究人员已研发出一款锂-氮（Li-N–）充电电池，其原理在于可逆反应6Li + N– ⇋ 2Li–N的运用。该电池系统由锂电池阳极（Li anode）、基于醚类电解质（ether-based electrolyte）、碳布阴极（carbon cloth cathode）组成，该电池的法拉第效率为59%。
该“概念验证（proof-of-concept）”设计被刊登在《化学》（Chem）杂志上，通过逆向的化学反应为当前的锂-氮电池提供电能。与将氮锂化合物（2Li3N）分解为锂和氮气，借此获得化学反应时所产生的能量不同，该研究机构的Li-N2电池可在环境温度条件下，在大气氮（atmospheric nitrogen）中运行，与锂产生发生反应后将生成氮锂化合物。相较于其他锂金属电池，其能量输出时间较短。
在室温条件下，该款Li-N2电池的结构及再充电性（rechargeability）如下：图（A）Li-N2电池结构图，含有金属锂箔阳极（Li-foil anode）、基于醚类的电解质及共阴极（CC cathode）。图（B）：电流密度为0.05 mA/cm2时，带共阴极的Li-N2电池的氮气固化曲线（N2 fixation curves）（蓝色）及氮气演化曲线（N2 evolution curves）（红色）。图（C）：扫描频率为0.05 mV/s时，在氮气饱和大气（黑色）及氩气饱和大气下（红色），Li-N2电池的控制点曲线（CV curves）。图（D）：电流密度为0.05 mA/cm2时，Li-N2电池的循环性能。（转帖）中国研究人员研发出Li-N2充电电池
360截图20170419164702280.jpg
　　
该研究团队已论证，这款Li-N2电池能够在室温和大气温度下进行充电，其涉及一下可逆的电池反应（reversible battery reactions）：
（化学方程式1）阳极：6Li ⇋ 6Li+ + 6e−
（化学方程式2）阴极：6Li+ + N2 + 6e− ⇋ 2Li3N
（化学方程式3）整体：6Li+ + N2 ⇋ 2Li3N
该研究团队调查了钌共阴极（Ru-CC）及二氧化锆共阴极（ZrO2-CC）这两类复合阴极的使用，进而提升氮气固化能效。带阴极催化剂（catalyst cathodes）的Li-N2电池的固化能效要比原始共阴极（pristine CC cathodes）的固化能效高。
该项研究由中华人民共和国科学技术部（Ministry of Science and Technology of China）及国家自然科学基金委员会（National Natural Science Foundation of China）提供资金支持。
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    • 2017-04-19 16:45:16, 50.38 K

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1楼 2017-04-19 16:45:44
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hgx0576

金虫 (正式写手)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
ywuweizi: 金币+1 2017-04-19 17:22:38
氮化锂是很好的固体离子导电材料，可惜分解电压在0.4左右。氮气是非常稳定的惰性气体，其化学活性比氧差很远，无论是电流密度和电压都是较低的，氮的电负性较高，如果能方便的使氮气活化成原子态那就有点意思，当然做为一种学术思想是值得借鉴价值的。
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2楼2017-04-19 17:17:51
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andynova

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
没有应用价值，只为了发文章

发自小木虫IOS客户端
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3楼2017-04-19 17:50:34
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lsh200100

铁杆木虫 (著名写手)

红尘来去一场梦
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
感觉很厉害了，中国首创。有望拿个诺贝尔吗
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4楼2017-04-19 19:46:55
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匿名

本帖仅楼主可见
5楼2017-04-19 20:23:47
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Phys_Xu

木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2451929417301298
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6楼2017-04-20 15:36:23
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