通过开放式细胞设计,阴极与空气的必要连接与开发挑战有关。首先,Li金属是用水爆炸性反应性的,因此需要非水电。此外,还需要通过阳极侧的空气渗透性但无水电解质来避免湿度。因此,大多数研究都是在完全非水系统上进行的,其中有机电解质在阳极和阴极侧使用。但是,有机元素会面临自己的挑战。由于大多数气体扩散电极(GDE)是针对与聚氟乙烯(PTFE)的水基电解质优化的,因为无氧/疏水性粘合剂是必需有机电解质与这些GDE相互作用的理解。多孔系统内部的未润湿区域对于提供多个三相接触点至关重要,其中存在气体,电解质和活性材料。液体用薄膜覆盖活性区域,以确保离子传输到活跃部位,而未耶和华的区域则确保适当的气体传输到活跃区域。图1显示了PTFE附近的水基电解质膜的示意图,以及电流密度如何与电极表面上的液体膜厚度相关。在PTFE附近,仅形成薄薄的液体膜,阻碍了离子传输(橙色区域)。在另一侧,带有厚电解质层,甚至被淹没的孔氧气向活性侧的扩散受到长的扩散路径(黄色区域)的阻碍。液体中缓慢的氧扩散导致浓度增加电势。在这两个区域之间,离子传输和氧扩散长度之间的最佳平衡得出的最大电流密度(绿色区域)。如果使用具有优质润湿特性的电子,则绿色区域中的三相区域将减少,并且多孔系统表现出较低的电化学性能。实际上是完全洪水的电极,几乎所有活性位点都覆盖着液体的较低性能。[2]此问题尤其是针对低表面张力的有机液体。[3] Wagner等人研究了缓慢增加电解质渗透的影响。对于碱性燃料电池,他们观察到PTFE的分解,因此在多孔系统内部疏水区域丧失。这减少了三相边界的厚度,在5000 h
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