什么是鋰空氣電池？鋰空氣電池的分類
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-14 10:51
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整體上，鋰空氣電池可以分成六類：有機體系、水體系、離子液體體系、有機-水雙電解質(zhì)體系、全固態(tài)體系和鋰-空氣-超級電容電池。
1.水系鋰空氣電池
水系電解質(zhì)鋰空氣電池，電解質(zhì)是不同酸堿度的各種水溶液，在酸性和堿性不同的電解質(zhì)中，電池發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)也不同。鋰金屬在水系電解質(zhì)中腐蝕嚴重，自放電率特別高，使得電池循環(huán)性和庫倫效率都非常低。
2.有機系鋰空氣電池
該體系采用金屬鋰片作為負極，氧氣做正極，聚丙烯腈(PAN)基聚合物作為電解質(zhì)(溶劑PC、EC)，開路電壓(OCV)在3V左右，比能量(不計入電池外殼)為250—350Wh/kg。這個數(shù)據(jù)，拿到當前看，比較高，但與鋰單質(zhì)的理論極限相比，低太多。
3.水-有機雙液體系鋰空氣電池
水-有機雙液體系鋰空氣電池的基本形式，電池中負極金屬鋰處于有機電解液中，正極空氣電極一側(cè)電解液為KOH水溶液，中間以超級鋰離子導(dǎo)通玻璃膜隔開。這種新構(gòu)型鋰空氣電池的新穎之處在于不用擔心有機體系中空氣電極反應(yīng)產(chǎn)物堵塞電極微孔的問題，水相中的氧氣在空氣電極上還原成可溶于水的LiOH。
4.全固態(tài)鋰空氣電池
全固態(tài)鋰空氣電池，中間的電解質(zhì)由3部分組成，最中間一層比例最大的是耐水性很好的玻璃陶瓷，靠近鋰負極和氧氣正極分別是兩個薄層的不同的高分子材質(zhì)。全固態(tài)鋰空氣電池不存在漏液問題，安全性有所提高，但固態(tài)電解質(zhì)與鋰負極、空氣電極、包括固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部的接觸，不會像液體電解質(zhì)那樣緊密，這就可能造成電池內(nèi)阻增大。相對有機體系鋰空氣電池，該體系構(gòu)造也較復(fù)雜。
總體而言，鋰空氣電池反應(yīng)產(chǎn)物中，存在大比例不可逆成分，這是各種技術(shù)路線都無法規(guī)避的問題，必須正面解決。鋰空氣電池未來或顛覆電池領(lǐng)域，工業(yè)實用化路還很長。
鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。鋰空氣電池采用鋰作為負極活性材料，采用多孔的氣體擴散層電極作為正極材料，按電解質(zhì)體系主要分為有機電解液體、水性電解液體系、混合電解液體系和全固態(tài)電解質(zhì)體系。
放電過程：陽極的鋰釋放電子后成為鋰陽離子（Li+），Li+穿過電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結(jié)合生成氧化鋰（Li2O）或者過氧化鋰（Li2O2），并留在陰極。鋰空氣電池的開路電壓為2.91V。
鋰空氣電池的概念最早由Lockheed提出，電解液為堿性水溶液。氧氣在空氣電極上發(fā)生氧還原反應(yīng)，形成氫氧化物。其放電反應(yīng)方程為：
4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）
放電過程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護膜而阻礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進行。在開路或低功率的狀態(tài)下，Li的自放電率很高，并伴隨著Li的腐蝕反應(yīng)：
Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）
在水系電解液中，金屬Li極易和水反應(yīng)，因此對鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒有商業(yè)化的產(chǎn)品。綜合考慮實用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實際應(yīng)用的首選。
