鋰-空氣電池有哪些優(yōu)勢和缺陷？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-14 14:53
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鋰-空氣電池的優(yōu)勢與缺陷？
鋰-空氣電池應(yīng)用到汽車領(lǐng)域的理念，早于1970年就被提出，但受當(dāng)時(shí)材料技術(shù)發(fā)展所限，一直未能深入研究，至今也尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及材料科學(xué)技術(shù)的提升，鋰-空氣電池也開始備受關(guān)注，原因之一是其理論比能量很高。對鋰和氧(空氣中)進(jìn)行配比，理論上可以使電化學(xué)電池具有最高的能量。事實(shí)上，非水體系鋰空氣電池的理論能量約12kWh/Kg，這相當(dāng)于汽油的理論能量（13kWh/Kg），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出鋅空氣電池、鋰離子電池、鋰硫電池等（如圖3所示）。而實(shí)踐中，每塊鋰-空氣電池的特定能量也達(dá)到了1.7kWh/kg，這比一塊商業(yè)鋰離子電池要大5倍，足以運(yùn)行一輛2噸的全電動(dòng)汽車(FEV)，只需使用60公斤的電池就可以行駛500公里。
鋰-空氣電池的另一個(gè)重大優(yōu)勢就是正極的活性物質(zhì)氧氣是直接來源于周圍空氣，因而是取之不盡用之不竭的，并且不需要儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，這樣既降低了成本又減輕了電池的重量，電池的能量密度完全取決于金屬鋰一側(cè)。而在電池的充放電全過程中，不會(huì)產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì)，完全是零污染的綠色過程。
然而，細(xì)心的讀者應(yīng)該注意到了，在所謂的“(金屬)鋰-空氣(氧氣)電池”的工作環(huán)境下，實(shí)際起到功能作用的是空氣中的氧氣。因此，并非如名字般美好，鋰-空氣電池對工作環(huán)境還是有一定的要求。因此鋰-空氣電池還有很多問題沒有得到解決：大氣中H2O、CO2的影響所產(chǎn)生的副反應(yīng)，放電生成物析出導(dǎo)致空氣回路的堵塞，大的充放電過電壓導(dǎo)致的催化劑問題，以及空氣電極炭集流體的腐蝕等。更有研究表明大氣中的氮?dú)庖膊桓始拍膮⑴c進(jìn)此反應(yīng)。
同時(shí)，Li2O2析出反應(yīng)的抑制直接關(guān)系到電池的放電容量，關(guān)于Li2O2析出的另一個(gè)問題是充電時(shí)過電壓較大，這不僅關(guān)系到能量的轉(zhuǎn)換效率，還會(huì)引起Li2O2析出載體炭的氧化等新問題。
鋰離子與氧氣共存的條件下，碳材料的電位升高，生成碳酸鋰，過高的電壓有可能導(dǎo)致電解液分解，因此對空氣電極有各種討論。普遍認(rèn)為，鋰-空氣電池正極的結(jié)構(gòu)、組成和空氣催化劑的催化活性對電池比容量與循環(huán)性能有重要的影響，如Bruce等研究小組報(bào)道α-MnO2的納米線與碳進(jìn)行復(fù)合，具有高的可逆性。
鋰-空氣電池應(yīng)用到汽車領(lǐng)域的理念，早于1970年就被提出，但受當(dāng)時(shí)材料技術(shù)發(fā)展所限，一直未能深入研究，至今也尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及材料科學(xué)技術(shù)的提升，鋰-空氣電池也開始備受關(guān)注，原因之一是其理論比能量很高。對鋰和氧(空氣中)進(jìn)行配比，理論上可以使電化學(xué)電池具有最高的能量。事實(shí)上，非水體系鋰空氣電池的理論能量約12kWh/Kg，這相當(dāng)于汽油的理論能量（13kWh/Kg），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出鋅空氣電池、鋰離子電池、鋰硫電池等（如圖3所示）。而實(shí)踐中，每塊鋰-空氣電池的特定能量也達(dá)到了1.7kWh/kg，這比一塊商業(yè)鋰離子電池要大5倍，足以運(yùn)行一輛2噸的全電動(dòng)汽車(FEV)，只需使用60公斤的電池就可以行駛500公里。
鋰-空氣電池的另一個(gè)重大優(yōu)勢就是正極的活性物質(zhì)氧氣是直接來源于周圍空氣，因而是取之不盡用之不竭的，并且不需要儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，這樣既降低了成本又減輕了電池的重量，電池的能量密度完全取決于金屬鋰一側(cè)。而在電池的充放電全過程中，不會(huì)產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì)，完全是零污染的綠色過程。
然而，細(xì)心的讀者應(yīng)該注意到了，在所謂的“(金屬)鋰-空氣(氧氣)電池”的工作環(huán)境下，實(shí)際起到功能作用的是空氣中的氧氣。因此，并非如名字般美好，鋰-空氣電池對工作環(huán)境還是有一定的要求。因此鋰-空氣電池還有很多問題沒有得到解決：大氣中H2O、CO2的影響所產(chǎn)生的副反應(yīng)，放電生成物析出導(dǎo)致空氣回路的堵塞，大的充放電過電壓導(dǎo)致的催化劑問題，以及空氣電極炭集流體的腐蝕等。更有研究表明大氣中的氮?dú)庖膊桓始拍膮⑴c進(jìn)此反應(yīng)。
同時(shí)，Li2O2析出反應(yīng)的抑制直接關(guān)系到電池的放電容量，關(guān)于Li2O2析出的另一個(gè)問題是充電時(shí)過電壓較大，這不僅關(guān)系到能量的轉(zhuǎn)換效率，還會(huì)引起Li2O2析出載體炭的氧化等新問題。
鋰離子與氧氣共存的條件下，碳材料的電位升高，生成碳酸鋰，過高的電壓有可能導(dǎo)致電解液分解，因此對空氣電極有各種討論。普遍認(rèn)為，鋰-空氣電池正極的結(jié)構(gòu)、組成和空氣催化劑的催化活性對電池比容量與循環(huán)性能有重要的影響，如Bruce等研究小組報(bào)道α-MnO2的納米線與碳進(jìn)行復(fù)合，具有高的可逆性。
