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锂空气电池研究获重大突破库伦效率接近100%

浏览量:170 次 发布时间:2019-08-12 19:36 编辑: 来源:

近年不少科学家致力研究新电池种类,期望能使用更少能源就能缔造更高电量外,也希望带来更长的电池续航力。近来科技界热谈的锂空气电池,因其备有超高理论能量密度、轻巧重量的特质,被不少科学家看好,能成为日后重要电池类型,不过现阶段还是开发当中。

不过近日锂空气电池取得突破性发展,加拿大知名学府滑铁卢大学科研团队解决了锂空气电池两大最具挑战的问题,不只首度实现四电子转换,也让锂空气电池储能增加50%。



锂空气电池阳极(负极)采用金属锂,阴极(正极)材料则是空气中重量几乎可不计的氧。而锂离子电池的阳极通常为石墨,阴极为锂化合物,为了让锂离子在移动时可以安稳嵌入阴极,需要打造一个更大更重的结构去“收纳”锂离子,也因此电池容量有限,让锂离子电池的能量密度一直过不去门坎。

但锂空气电池的理论能量密度却能远远超过其他电池,比现有锂离子电池高 5—10倍,接近汽油的能量密度,也就是说,如果锂空气电池有一天成功商业化,电动车将拥有媲美汽油车的续航里程。

有科学家也将锂空气电池称为锂氧电池,与锂硫电池并列新兴应用的首选高能可充电电池,一篇发表于2017年英国化学学会《再生能源与燃料》期刊的论文表示,锂硫电池已被引入能量储存市场,而锂氧电池的实用原型已开发出来,两种电池都在迅速发展当中。

但是锂空气电池有两大严重缺点,第一个是电化学过程中形成的中间体:超氧化锂和过氧化锂会从内部降解电池;第二个是超氧化物在该过程中会消耗有机电解质,极大限制了电池循环周期寿命。



滑铁卢大学化学系教授 Linda Nazar 团队因此决定将有机电解质换成更稳定的无机熔盐,多孔碳阴极则换成二功能金属氧化物触媒,接着在 150℃环境下实验,发现中间体改形成较稳定的氧化锂而不是过氧化锂,这使得电池高度可逆,库伦效率接近100%。此外,电池能保持优异充电特性,实现四电子转移,进而可以多储存50%能量。

但这款锂空气电池在实际应用前还有很长一段路要走,因为我们必须在电动车中将电池加热到150℃它才能工作,麻省理工学院能源材料研究员Yang Shao-Horn 在同期期刊评论中指出,这款锂空气电池也许可以作为飞机、潜艇的紧凑型动力源。

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