什么是鋰空氣電池？未來是否能走進(jìn)大眾市場呢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-28 22:52
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近日，美國伊利諾伊大學(xué)研究人員研發(fā)了多款2D材料，用這些2D材料做鋰空氣電池的電極催化劑時(shí)或許能夠使電動(dòng)車的續(xù)航里程提升到800公里，這也將徹底解決里程焦慮問題。
研究人員說，鋰空氣電池雖然目前還在研發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，但是這類電池的儲能量卻是當(dāng)前鋰離子電池的10倍。由于它的質(zhì)量更輕，也能夠使得電動(dòng)車的輕量化有質(zhì)的提升。
那么問題來了，什么是鋰空氣電池呢？其實(shí)，鋰空氣電池就是金屬燃料電池，通俗地來說就是用金屬鋰做負(fù)極，氧氣做正極的一種鋰電池。鋰空氣電池的優(yōu)點(diǎn)在于比能量高（比能量，簡單地理解就是單位質(zhì)量的電極材料參與反應(yīng)時(shí)放出電能的大小），理論上接近了汽油。
雖然鋰空氣電池比能量高，但是它的缺點(diǎn)就是反應(yīng)可逆性差，需要催化劑。這里所說的2D材料也叫做“二維材料”。用它們做催化劑的時(shí)候，能夠提高電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率，使鋰空氣電池的效率更高、充電能力更強(qiáng)，電池保存能量的能力和提供能量的能力被大大提升了。試想，如果真的把電池的能力提升10倍，那可是能源存儲的巨大突破了。
在所發(fā)布的《先進(jìn)材料（AdvancedMaterials）》論文中，研究人員也說當(dāng)把2D材料整合到測試電池上時(shí)，相較于采用傳統(tǒng)催化劑的鋰空氣來說性能有大幅提升。但是，到真正走上大規(guī)模商用或許還有一段距離。
在相同條件下使用動(dòng)力金屬空氣電池的電動(dòng)車，與鋰電池和氫鎳電池相比，有明顯的價(jià)格和容量優(yōu)勢。目前的研究主要集中在開發(fā)應(yīng)用于電動(dòng)車的金屬空氣電池。
首先，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了Li2CO3／C涂層鋰陽極僅允許鋰陽離子通過，從而保護(hù)陽極免受模擬空氣的成分影響。其次，基于先前報(bào)道的二硫化鉬納米薄片構(gòu)建陰極，并使用離子液體1－乙基－3－甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIM－BF4）和二甲基亞砜（DMSO）的混合物作為電解質(zhì)。該系統(tǒng)的組件一起運(yùn)行，以防止在CO2和H2O存在下形成副產(chǎn)物。在模擬空氣環(huán)境中作為鋰空氣電池工作，循環(huán)壽命長達(dá)700次。相關(guān)成果以題為“Alithium–oxygenbatterywithalongcyclelifeinanair－likeatmosphere”發(fā)表在了Nature上。
然而，迄今為止，這樣的系統(tǒng)主要限于純氧環(huán)境，并且由于涉及陰極、陽極和電解質(zhì)的副反應(yīng)而具有有限的循環(huán)壽命。在存在N2，CO2和水蒸氣的情況下，這些副反應(yīng)可能變得更加復(fù)雜。此外，由于需要儲存O2，鋰－氧體系的體積能量密度對于實(shí)際應(yīng)用而言可能太小，因?yàn)槠潢帢O(以多孔碳為主)很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。
研究人員說，鋰空氣電池雖然目前還在研發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，但是這類電池的儲能量卻是當(dāng)前鋰離子電池的10倍。由于它的質(zhì)量更輕，也能夠使得電動(dòng)車的輕量化有質(zhì)的提升。
那么問題來了，什么是鋰空氣電池呢？其實(shí)，鋰空氣電池就是金屬燃料電池，通俗地來說就是用金屬鋰做負(fù)極，氧氣做正極的一種鋰電池。鋰空氣電池的優(yōu)點(diǎn)在于比能量高（比能量，簡單地理解就是單位質(zhì)量的電極材料參與反應(yīng)時(shí)放出電能的大小），理論上接近了汽油。
雖然鋰空氣電池比能量高，但是它的缺點(diǎn)就是反應(yīng)可逆性差，需要催化劑。這里所說的2D材料也叫做“二維材料”。用它們做催化劑的時(shí)候，能夠提高電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率，使鋰空氣電池的效率更高、充電能力更強(qiáng)，電池保存能量的能力和提供能量的能力被大大提升了。試想，如果真的把電池的能力提升10倍，那可是能源存儲的巨大突破了。
在所發(fā)布的《先進(jìn)材料（AdvancedMaterials）》論文中，研究人員也說當(dāng)把2D材料整合到測試電池上時(shí)，相較于采用傳統(tǒng)催化劑的鋰空氣來說性能有大幅提升。但是，到真正走上大規(guī)模商用或許還有一段距離。
在相同條件下使用動(dòng)力金屬空氣電池的電動(dòng)車，與鋰電池和氫鎳電池相比，有明顯的價(jià)格和容量優(yōu)勢。目前的研究主要集中在開發(fā)應(yīng)用于電動(dòng)車的金屬空氣電池。
首先，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了Li2CO3／C涂層鋰陽極僅允許鋰陽離子通過，從而保護(hù)陽極免受模擬空氣的成分影響。其次，基于先前報(bào)道的二硫化鉬納米薄片構(gòu)建陰極，并使用離子液體1－乙基－3－甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIM－BF4）和二甲基亞砜（DMSO）的混合物作為電解質(zhì)。該系統(tǒng)的組件一起運(yùn)行，以防止在CO2和H2O存在下形成副產(chǎn)物。在模擬空氣環(huán)境中作為鋰空氣電池工作，循環(huán)壽命長達(dá)700次。相關(guān)成果以題為“Alithium–oxygenbatterywithalongcyclelifeinanair－likeatmosphere”發(fā)表在了Nature上。
然而，迄今為止，這樣的系統(tǒng)主要限于純氧環(huán)境，并且由于涉及陰極、陽極和電解質(zhì)的副反應(yīng)而具有有限的循環(huán)壽命。在存在N2，CO2和水蒸氣的情況下，這些副反應(yīng)可能變得更加復(fù)雜。此外，由于需要儲存O2，鋰－氧體系的體積能量密度對于實(shí)際應(yīng)用而言可能太小，因?yàn)槠潢帢O(以多孔碳為主)很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。
