隨著全球氣候變暖,化石燃料對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重,人們對(duì)具有高比能量且清潔的能源的需求與日劇增。而鋰空氣電池有望解決這一難題。鋰空氣電池由于其超高的理論比能量而得到了越來(lái)越多的關(guān)注,那么為何它能受到研究人員如此的親睞呢,就請(qǐng)跟隨我一步步走進(jìn)鋰空氣電池,試著感受一下它的魅力所在吧!

梗 概

眾所周知,目前廣泛用于手機(jī)和筆記本電腦等產(chǎn)品的是鋰離子電池,目前也是下一代充電式混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)車(chē)的理想之選。它密度更高、電量更充足,但也更貴,而受制于電池容量,充電后的行駛距離仍不夠遠(yuǎn)。盡管仍有改進(jìn)的空間,但鋰離子電池的潛力依然有限。于是,理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。雖然仍使用有機(jī)溶媒,但它卻以全新的構(gòu)成極大提高電池的能量密度。

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原 理

充電時(shí):
(1) 負(fù)極反應(yīng) (Li++e-→Li)
通過(guò)導(dǎo)線供應(yīng)電子,鋰離子(Li+)由正極的水性電解液穿過(guò)固體電解質(zhì)到達(dá)負(fù)極表面,在負(fù)極表面發(fā)生反應(yīng)生成金屬鋰。
(2) 正極反應(yīng) (4OH-→O2+2H2O+4e-)
反應(yīng)生成氧。產(chǎn)生的電子供應(yīng)給導(dǎo)線。

放電時(shí):
(1) 負(fù)極反應(yīng) (Li→Li++e-)
金屬鋰以鋰離子(Li+)的形式溶于有機(jī)電解液,電子供應(yīng)給導(dǎo)線。溶解的鋰離子(Li+)穿過(guò)固體電解質(zhì)移到正極的水性電解液中。
(2) 正極 (O2+2H2O+4e-→4OH-)
通過(guò)導(dǎo)線供應(yīng)電子,空氣中的氧氣和水在微細(xì)化碳表面發(fā)生反應(yīng)后生成氫氧根離子(OH-)。在正極的水性電解液中與鋰離子(Li+)結(jié)合生成水溶性的氫氧化鋰(LiOH)。

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鋰空氣液流電池

鋰空氣電池不需要插入陰極,而是利用一種催化空氣陰極結(jié)合電解質(zhì)和鋰陽(yáng)極?諝庵醒趸钚晕镔|(zhì)作為陰極,同時(shí)減少陰極表面與鋰的反應(yīng),而直接與氧氣作用。從理論上講,利用氧氣是一個(gè)無(wú)限陰極反應(yīng)來(lái)源的基礎(chǔ),電池的容量?jī)H通過(guò)鋰陽(yáng)極來(lái)限制。

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鋰空氣電池--會(huì)呼吸的綠色電池 IBM--鋰空氣電池

專(zhuān)業(yè)人士

琳達(dá)·納扎爾(LindaNazar)(加拿大滑鐵盧大學(xué)的化學(xué)家):新型鋰空氣電池還沒(méi)有辦法迅速投入商業(yè)化使用。對(duì)于創(chuàng)業(yè)者來(lái)說(shuō),納米級(jí)黃金材料顯得太過(guò)昂貴,而且作為電解液的二甲基亞砜也有可能與陽(yáng)極的鋰發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致電解質(zhì)分解。還是那句話:革命尚未成功,同志仍需努力。

IBM:藍(lán)色巨人計(jì)劃利用納米隔膜開(kāi)發(fā)水純凈系統(tǒng),以便將空氣中的氧氣與水等物質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)。IBM的納米結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)還可以讓它將電池中的氧分配到每個(gè)電池單元中去,由此防止堵塞。超級(jí)計(jì)算機(jī)則可以進(jìn)行建模方面的研究,使單個(gè)原子能夠通過(guò)電池中納米隔膜。

有關(guān)科學(xué)家:如果鋰空氣電池能夠?qū)崿F(xiàn),將主要應(yīng)用于交通運(yùn)輸或筆記本電腦等對(duì)移動(dòng)性要求很高的情境或產(chǎn)品中。但其仍需要更多的技術(shù)改進(jìn),如在陰極上使用更好的催化劑,以及性能出眾的多功能電解質(zhì)等,如若克服了這些障礙,鋰空氣電池也將能應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域,如可被應(yīng)用于微機(jī)電和納米機(jī)電系統(tǒng)之中,這些系統(tǒng)能源需求更低,鋰空氣電池能運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。

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網(wǎng)友心聲

bornunique小白:手機(jī)耗電速度越來(lái)越快,而電池的容量卻很有限,這是鋰電池行業(yè)的瓶頸啊,也得等到鋰空氣電池或者燃料電池,或者核電池才能正真解決這個(gè)問(wèn)題。

HostonePartner陳秋東:儲(chǔ)能領(lǐng)域長(zhǎng)期看好的技術(shù):1、全固態(tài)鋰離子電池;2、燃料電池;3、鋰-空氣電池。

諾依信:最近有研究人員宣布,鋰空氣電池的穩(wěn)定性獲得突破。如果新技術(shù)能投入商用,那么未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)將有望擁有與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相同甚至更強(qiáng)的續(xù)航能力。相對(duì)于傳統(tǒng)鋰離子電池,鋰空氣電池?fù)碛懈鼜?qiáng)的蓄電能力,比性能最好的鋰離子電池都要高出 10 倍以上。

鄭偉偉:鋰空氣電池早就有人在研究了,能量密度極高,但循環(huán)性能還不好,反應(yīng)生成物會(huì)堵塞通道,阻止電化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。我們的工作是將孤立的電池單體組成可以工作的動(dòng)力電池系統(tǒng),任何技術(shù)的電池都必須經(jīng)過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié),才能對(duì)外提供強(qiáng)大的電能。所以我們關(guān)注所有市場(chǎng)化的新型電池技術(shù)。

HostonePartner陳秋東:近年來(lái)看到有許多空氣電池相關(guān)的新技術(shù)報(bào)道,產(chǎn)業(yè)化的成果卻比較少見(jiàn),從性能實(shí)現(xiàn)來(lái)看優(yōu)于鋰電池,但從商業(yè)化進(jìn)程來(lái)看,要略慢一些。好東西,還是要持續(xù)關(guān)注下去。

然而,盡管鋰空氣電池前景看好,但是根據(jù)發(fā)展方向不同,也有各自的難題待克服。除了安全性、穩(wěn)定性及固態(tài)傳導(dǎo)性差等問(wèn)題,關(guān)鍵問(wèn)題在于,如何過(guò)濾空氣中的水氣,不讓這些水氣進(jìn)到電池,和有機(jī)溶劑產(chǎn)生反應(yīng)。固態(tài)水氣雖穿透較慢,但同時(shí)傳導(dǎo)性也較差,液態(tài)則容易和水氣反應(yīng),造成安全上的疑慮。

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克服所面臨的這些挑戰(zhàn),鋰空氣電池至少需要十年才能夠商品化。不過(guò),這不代表鋰空氣電池沒(méi)有前途,鋰空氣電池正在尋求一個(gè)契機(jī),解決目前所遇到的挑戰(zhàn)。期望在不久的將來(lái)這一綠色電池可以真正的在電動(dòng)汽車(chē)方面得到普及應(yīng)用,從而為人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

我們也相信鋰空氣電池作為電池的首選暢銷(xiāo)于市場(chǎng)的日子很快就會(huì)到來(lái)。

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