基于渐变孔隙正极和叉指型流道主动式锂空气液流电池电化学性能理论研究

摘要

cqvip:提出了具有渐变孔隙正极结构的主动式锂空气液流电池,利用溶液泵驱动电解液循环,结合渐变孔隙正极结构,强化电极内部Li^+和O2扩散和结合能力,减弱电极钝化。基于COMSOL Multiphysics 5.3,建立二维电化学模型,用Darcy定律、Butler-Volmer方程和组分输运公式描述在渐变孔隙正极结构(ε=0.55+αX等)下电极内部电解液流动、正负极电化学反应及电解液中Li^+和O2浓度场分布。由于Li2O2积聚在正极孔隙内,电极比表面积下降,采用Carman-Kozeny方程修正渗透率K。研究渐变孔隙率、压强差、氧气参数、正极厚度及动力学速率系数对该电池放电性能影响。结果表明:在放电电流密度0.1 mA/cm^2,电池比电容量是被动式结构的2.5倍;与ε=0.85-0.1X相比,采用ε=0.55+αX结构的电化学性能较佳;在放电电流密度0.1 mA/cm^2下,正极厚度为500^750μm,电池放电性能较好。