鋰電池最終形態—鋰空氣電池突破不斷,離我們還有多遠?

自多年前一些有膽識、有魄力的科學家把鋰電池加入到心臟起搏器中植入人體,鋰電池的最早期應用便橫空出世了。因為鋰電池的自放率低、放電電壓平緩,不用充電,也可以長期運作,人們開始廣泛生產並應用到電子產品中。

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鋰電池用處很廣,種類很多

不久人們發現了鋰金屬電池存在的諸多缺點,比如說性質不太穩定,比如說低溫性能不太好,比如說因不能充電而無法反覆使用……不滿足於現狀的人們精益求精,研發出了輕薄的鋰離子電池並加以推廣應用。可是鋰離子電池仍有缺陷,他不能過度充電或過度放電,否則會損壞電池,甚至直接使電池報廢。之前的三星手機爆炸事件,更是在大家心裡敲響了警鐘,此時鋰空氣電池進入人們的視野。

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鋰電池的迭代必將促進新能源發展

馬克思主義哲學告訴我們,新事物必將取代舊事物。繼鋰金屬電池、鋰離子電池之後,鋰空氣電池呼之欲出。雖然目前來說,鋰空氣電池是理論上可行,卻仍未有實際應用的藍圖,但是按照新能源汽車大力推廣的趨勢來看,鋰空氣電池的普及應用指日可待。

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幾種鋰電池的反應方程式

鋰空氣電池的研發工作捷報不斷。早在今年3月,美國《每日科學》網站就曾報道,美國伊利諾伊大學的AminSalehi-Khojin所牽頭的團隊設計出一種新型結構的鋰空氣電池,並且展示了其突破所在——破紀錄連續750次充放電穩定工作。實驗室環境下完成這個“創舉”似乎沒有什麼,但這次是在自然環境下實現的,意義重大。“這是首次展示真正的鋰空氣電池,這是邁向我們所說的超越鋰離子電池的重要一步。”——AminSalehi-Khojin如是說。

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伊利諾伊大學鳥瞰

今年8月份,《第一電動網》也報道了加拿大滑鐵盧大學研究人員的成就。他們首度實現了鋰空氣電池的四電子轉換難題,更將電池儲量增大五成。但遺憾的是這樣的進步並不能很快用在實際中,因為我們必須將其加電池熱到150℃才能工作。但可以用在擁有大熱量產源諸如潛艇、航母甚至飛機上,作為所謂的緊湊型電池。

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幾種鋰電池放電原理圖示

而國內的鋰電池研究也沒有停止。中國科學院長春應化所的張新波帶領的研究團隊通過對鋰-空氣電池電解液的分解抑制,優化鋰空氣二次電池體系和結構實現了一定的進步,成功將鋰空氣電池的充放電壽命從100次提高到了500次,進步巨大但仍有差距。總之,鋰空氣電池未來不可估量。

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幾種鋰電池的比容量表

鋰空氣電池是由金屬鋰(負極)、氧氣(正極)和電解液組成,比鋰離子電池具有更高的能量密度,而且更環保。目前鋰空氣電池推廣存在的問題主要有兩個。一個是電解液,常見電解液為LiOH和CH3COOH溶液,具有腐蝕性,在充放電時會不斷侵蝕電極使得鋰空氣電池很快報廢。二是正極氧化鋰的沉積影響反應,會有許多副反應生成,很難控制,特別是金屬鋰作負極容易產生結晶,造成短路,分分鐘讓電池變炸彈。

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鋰空氣電池組

現在鋰空氣電池的開發總的來說正處於初期階段,阿爾貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的研究人員一直從事於此。實驗人員表示,鋰空氣電池現在來看還是有很多的侷限,但未來鋰空氣電池能夠完全達到更便宜、更輕、超大容量的未來電池標準。其且其蓄電能力能夠達到現在主流電動車,如尼桑Leaf、雪佛蘭Voltd的5倍續航力。並且鋰空氣電池意味著自身容量更小,裝上這種電池的電動汽車有望實現一次充電連續行駛100公里甚至更多。《今日科學》報道的這個項目由伊利諾伊大學的Amin Salehi-Khojin及阿貢國家實驗室的Larry Curtiss牽頭,目前已經得到了880萬美元的政府資金支持。

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新能源電動汽車充電

有這麼多荊棘阻礙著,到底鋰空氣電池或者說真正環保的新能源何時才能具體應用並大規模推廣呢?且讓我們拭目以待!

而且在網絡上搜索“鋰空氣電池”會發現這個一直都是處於研究階段。雖然充放電700多次仍能用看起來很誘人,但目前針對鋰空存在的問題還沒有人能給出完美答卷,而相比之下,研究如何擴大鋰離子電池的容量和突破固態電池技術就顯得容易多了,趨利之下,鋰空氣電池的藍圖真不知何時才能真正實現。


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