隨著全球氣候變暖,化石燃料對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重,人們對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力車和電動車的理想之選。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:
(1) 負(fù)極反應(yīng) (Li++e-→Li)
通過導(dǎo)線供應(yīng)電子,鋰離子(Li+)由正極的水性電解液穿過固體電解質(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:
(1) 負(fù)極反應(yīng) (Li→Li++e-)
金屬鋰以鋰離子(Li+)的形式溶于有機電解液,電子供應(yīng)給導(dǎo)線。溶解的鋰離子(Li+)穿過固體電解質(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)和鋰陽極。空氣中氧活性物質(zhì)作為陰極,同時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,利用氧氣是一個無限陰極反應(yīng)來源的基礎(chǔ),電池的容量僅通過鋰陽極來限制。

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鋰空氣電池--會呼吸的綠色電池 IBM--鋰空氣電池

專業(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有辦法迅速投入商業(yè)化使用。對于創(chuàng)業(yè)者來說,納米級黃金材料顯得太過昂貴,而且作為電解液的二甲基亞砜也有可能與陽極的鋰發(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)色巨人計劃利用納米隔膜開發(fā)水純凈系統(tǒng),以便將空氣中的氧氣與水等物質(zhì)隔離開來。IBM的納米結(jié)構(gòu)經(jīng)驗還可以讓它將電池中的氧分配到每個電池單元中去,由此防止堵塞。超級計算機則可以進(jìn)行建模方面的研究,使單個原子能夠通過電池中納米隔膜。

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)用于交通運輸或筆記本電腦等對移動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)用于微機電和納米機電系統(tǒng)之中,這些系統(tǒng)能源需求更低,鋰空氣電池能運行更長時間。

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網(wǎng)友心聲

bornunique小白:手機耗電速度越來越快,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問題。

HostonePartner陳秋東:儲能領(lǐng)域長期看好的技術(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,那么未來電動汽車將有望擁有與傳統(tǒng)燃油汽車相同甚至更強的續(xù)航能力。相對于傳統(tǒng)鋰離子電池,鋰空氣電池?fù)碛懈鼜姷男铍娔芰Γ刃阅茏詈玫匿囯x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力電池系統(tǒng),任何技術(shù)的電池都必須經(jīng)過這個環(huán)節(jié),才能對外提供強大的電能。所以我們關(guān)注所有市場化的新型電池技術(shù)。

HostonePartner陳秋東:近年來看到有許多空氣電池相關(guān)的新技術(shù)報道,產(chǎn)業(yè)化的成果卻比較少見,從性能實現(xiàn)來看優(yōu)于鋰電池,但從商業(yè)化進(jìn)程來看,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)性差等問題,關(guān)鍵問題在于,如何過濾空氣中的水氣,不讓這些水氣進(jìn)到電池,和有機溶劑產(chǎn)生反應(yīng)。固態(tài)水氣雖穿透較慢,但同時傳導(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,這不代表鋰空氣電池沒有前途,鋰空氣電池正在尋求一個契機,解決目前所遇到的挑戰(zhàn)。期望在不久的將來這一綠色電池可以真正的在電動汽車方面得到普及應(yīng)用,從而為人類的可持續(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于市場的日子很快就會到來。

相關(guān)電路圖

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