用于锂-空气电池的阴极的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于锂-空气电池的阴极。阴极可以由在阴极表面上施加由亲水性离 子和疏水性离子组成的双极性材料层形成，以便可以抑制浸渍在阴极中的电解质的挥发， 并且可以防止湿气从外界流入，从而提高锂-空气电池的寿命。
【背景技术】
[0002] 为了找到对于在可持续经济增长中的化石燃料消耗、高油价和由环境污染造成的 全球变暖的解决方案，不仅对于新的可再生能源的开发，而且用于有效能源使用的储能技 术的兴趣在全世界已迅速增长。例如，现今具有高达约97%的外国能源依赖的韩国在京都 议定书的第二个指定时期期间（2013年至2017年）将遇到温室气体减排义务的严重压力， 并且同时，经济缺点诸如支付不履行义务的环保费用是可以预期的。
[0003] 因此，为了有效能源使用的储能技术的开发已被认为是重要事务，这可决定韩国 经济的未来，并且进一步地，可以预期作为下一步的事务的、通过减少对其它国家的能源依 赖可以确保能源安全会快速增长。
[0004] 因而，为了增强这些问题，可能需要在用于具有高能量密度的电池系统的技术中 的进展，并且作为对这些的解决方案，发达国家诸如美国、日本等开始对开发锂-空气电池 越来越感兴趣。
[0005] 例如，可以以在空气中的无限氧供给的锂-空气电池可具有高能量密度的优点， 因为所述电池通过具有大的比表面积的空气电极可存储大量能量。锂金属的能量密度可以 为约11140Wh/kg，接近汽油和柴油燃料的能量密度，并且从理论上说，可以获得高能量密度 因为蓄电池可从外界接收氧供给。当计算锂-空气电池的理论能量密度时，在当前用于下 一代二次电池的候选中，所述电池可在提供约3500Wh/kg的最高能量密度，这可能是锂离 子电池能量密度的约10倍高。
[0006] 锂-空气电池是一种电池系统，其阳极使用锂且阴极（空气电极）使用空气中的 氧分别作为活性材料。在阳极中发生锂的氧化和还原，并且在阴极中发生从外界流入的氧 的氧化和还原。
[0007] 如在下述化学式1和化学式2中所示，在锂-空气电池中，阳极的锂金属在放电反 应期间被氧化，从而形成锂离子和电子，然后锂离子通过电解质移动到阴极，并且电子通过 外部导线或集电器移动到阴极。包含在外部空气中的氧流入到阴极中，然后通过电子还原 以形成Li 2O2。充电反应与该反应相反地进行。
[0008] 化学式1
[0009] (阳极）：Li - Li++e
[0010] 化学式2
[0011] (阴极）：02+2Li++2e - Li 202
[0012] 参考化学式2,由锂和氧的反应制备氧化锂（Li2O2)，并且该反应发生在固（导电材 料）_液（电解质）_气（氧）的3-相界面处。因此，因为当适当地提供三相界面时电池被 有效地充电和放电，所以其适当控制已作为锂-空气电池最重要的问题来研究。
[0013] 另一方面，当将液体电解质用于必须需要空气（氧）循环的锂-空气电池时，可存 在问题，例如，随着反应的进行可发生电解质溶液的挥发，并且向反应部位提供电解质以便 反应积极发生可能是困难的。
[0014] 因此，已进行了用于以固型或混合型电解质代替有机型电解质的研究，但此类限 制没有被克服，因为该电解质可能比有机型锂-空气电池具有更加复杂的结构和较低的能 量密度。
[0015] 因而，迫切需要开发防止有机电解质的挥发并且接收三相界面的适当供给的 锂-空气电池。
[0016] 在该【背景技术】部分中所公开的以上信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因 此可包含没有形成本国中本领域技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0017] 在优选的方面中，本发明提供用于锂-空气电池的阴极（空气电极）以解决在现 有技术中的上述问题。由于本发明的阴极，可以抑制电解质的挥发，并且顺利地，电解质可 以被有效地供给到发生反应的反应部位。
[0018] 然而，本发明可不限于上述目的的阴极，但本发明的阴极将由本领域技术人员从 下面的描述中为其他目的清楚地理解。
[0019] 在一个方面，本发明提供用于锂-空气电池的阴极，其可包括：结构；在结构上涂 覆的碳材料；以及双极性材料层，特别地，双极性材料层可以由将双极性材料涂覆或附着到 结构的表面形成。特别地，双极性材料层可以聚合物刷状结构形成。进一步地，特别地，双 极性材料可以包括在聚合物刷状结构中面向结构的表面的疏水性离子部分，和与疏水性离 子相反定位的亲水性离子部分。
[0020] 亲水性离子部分可以选自任选地被具有1个至15个碳原子的烷基取代的咪唑鑰、 P比挫鐵、二唑鐵、卩莖唑鐵、噁唑鐵、啦嘆鐵、嗤陡鐵、吡嘆鐵、钱、鱗鐵、吡陡鐵、吡略烧鐵以及 它们的混合物中的一种。另选地，亲水性离子部分可以选自乙基甲基咪唑鑰、丁基甲基咪唑 鑰、己基甲基咪唑鑰、辛基甲基咪唑鑰、乙基二甲基咪唑鑰、丁基二甲基咪唑鑰、己基二甲基 咪唑鑰、辛基二甲基咪唑鑰以及它们的混合物中的一种。
[0021] 疏水性离子部分可以选自由 PF6、BF4、CF3SO3、N(CF 3SO2)2、N(C2F5SO 2)2、 C (CF2SO2) 3以及它们的混合物中的一种。
[0022] 双极性材料层可以被涂覆或附着到结构的一侧或两侧。
[0023] 进一步地，双极性材料层可以由，例如通过浸涂涂覆、模压涂覆、辑涂、刮刀涂覆以 及它们的组合方法中的任一种方法，将双极性材料涂覆到结构的表面形成。特别地，双极性 材料可以被涂覆或附着到结构的表面，然后碳材料可以被涂覆在结构上。
[0024] 另选地，碳材料可以被涂覆在结构上，并且然后双极性材料可以被涂覆或附着到 结构的表面。
[0025] 在另一方面，本发明提供包括如本文所述的阴极的锂-空气电池。
[0026] 本发明的其它方面和优选的实施方式在下文讨论。
【附图说明】
[0027] 本发明的以上和其它特点现在将参考附图示出的其某些示例性实施方式详细描 述，所述附图仅以说明的方式在下文给定，因而不是本发明的限制，并且其中：
[0028] 图1是说明根据本发明的示例性实施方式用于示例性锂-空气电池的示例性阴极 的示例性剖视图；
[0029] 图2A-图2B是用于说明根据本发明的示例性实施方式的一个示例性双极性材料 形成位置的示例性参考视图；
[0030] 图3是用于阐明根据本发明的示例性实施方式示例性亲水性离子可以如何抑制 电解液的挥发的示例性参考视图；
[0031] 图4是用于阐明根据本发明的示例性实施方式示例性疏水性离子可以如何防止 湿气从外界入侵的示例性参考视图；以及
[0032] 图5是用于说明根据本发明的示例性实施方式的示例性锂-空气电池的示例性剖 视图。
[0033] 应当理解，所附附图未必按比例绘制，呈现了本发明的基本原理的各种优选特征 的略微简化的表示。如本文所公开本发明的具体设计特征包括例如，具体尺寸、取向、位置 和形状将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
[0034] 在附图中，贯穿附图的若干附图的参考标号是指本发明的相同或等同部件。
【具体实施方式】
[0035] 这里使用的术语仅用于描述特定的实施例，而不意味着限制本发明。如这里所用， 单数形式"一个"、"一"和"该"意味着包括复数形式，除非上下文另外明确指出。应该进一 步理解，当术语"包括"和/或"包含"用于本说明书时，规定所述特征、整数、步骤、操作、元 件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其 群组的存在或添加。如这里所用，术语"和/或"包括一个或多个关联的列出项的任何和所 有的组合。
[0036] 除非具体规定或从上下文显而易见，如这里所用，在本领域中术语"大约"应理解 为在一系列标准公差之内，例如在2的平均值标准差之内。"约"可以理解为在规定值的 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%