什么是鋰空氣電池？它的工作原理是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-17 16:50
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鋰空氣電池
鋰空氣電池是一種用鋰作負(fù)極，以空氣中的氧氣作為正極反應(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?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。
與鋰離子電池需要鋰的化合物和石墨做電極不同，鋰空氣電池可以直接使用鋰金屬單質(zhì)（Li）和空氣中的氧氣（O2）作為電極。在最理想的情況下，電池放電時(shí)，由氧氣氧化鋰單質(zhì)生成過氧化鋰（Li2O2），在外電路中產(chǎn)生電流；充電時(shí)再由過氧化鋰分解成鋰和氧氣。全過程無需其它質(zhì)量較大的元素參與，而陰極甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不計(jì)的空氣！
因此，鋰空氣電池可以實(shí)現(xiàn)比鋰離子電池高得多的能量密度。事實(shí)上，由于鋰是元素周期表中相對(duì)原子質(zhì)量最輕的金屬元素，而氧氣則來自空氣中，鋰空氣電池?fù)碛兄娀瘜W(xué)電池中最高的理論能量密度——換句話說，單位質(zhì)量的鋰空氣電池可以儲(chǔ)存并釋放的能量，要比所有其它電化學(xué)儲(chǔ)能介質(zhì)都要多。
非液態(tài)的鋰-空氣電池的理論能量密度可達(dá)12kWh/kg，是現(xiàn)有鋰離子電池的5~10倍，幾乎可以與汽油的約13kWh/kg相媲美。如果鋰空氣電池可以最終走向市場，電動(dòng)汽車也將擁有和汽油車同樣級(jí)別的續(xù)航里程，將會(huì)徹底打破由于鋰離子電池能量密度過低而導(dǎo)致的續(xù)航里程瓶頸，對(duì)于清潔能源未來的發(fā)展有著重要的意義。
鋰空氣電池工作原理
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(hù)膜而阻礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進(jìn)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(duì)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(shí)用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實(shí)際應(yīng)用的首選。
鋰空氣電池是一種用鋰作負(fù)極，以空氣中的氧氣作為正極反應(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?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。
與鋰離子電池需要鋰的化合物和石墨做電極不同，鋰空氣電池可以直接使用鋰金屬單質(zhì)（Li）和空氣中的氧氣（O2）作為電極。在最理想的情況下，電池放電時(shí)，由氧氣氧化鋰單質(zhì)生成過氧化鋰（Li2O2），在外電路中產(chǎn)生電流；充電時(shí)再由過氧化鋰分解成鋰和氧氣。全過程無需其它質(zhì)量較大的元素參與，而陰極甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不計(jì)的空氣！
因此，鋰空氣電池可以實(shí)現(xiàn)比鋰離子電池高得多的能量密度。事實(shí)上，由于鋰是元素周期表中相對(duì)原子質(zhì)量最輕的金屬元素，而氧氣則來自空氣中，鋰空氣電池?fù)碛兄娀瘜W(xué)電池中最高的理論能量密度——換句話說，單位質(zhì)量的鋰空氣電池可以儲(chǔ)存并釋放的能量，要比所有其它電化學(xué)儲(chǔ)能介質(zhì)都要多。
非液態(tài)的鋰-空氣電池的理論能量密度可達(dá)12kWh/kg，是現(xiàn)有鋰離子電池的5~10倍，幾乎可以與汽油的約13kWh/kg相媲美。如果鋰空氣電池可以最終走向市場，電動(dòng)汽車也將擁有和汽油車同樣級(jí)別的續(xù)航里程，將會(huì)徹底打破由于鋰離子電池能量密度過低而導(dǎo)致的續(xù)航里程瓶頸，對(duì)于清潔能源未來的發(fā)展有著重要的意義。
鋰空氣電池工作原理
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(hù)膜而阻礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進(jìn)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(duì)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(shí)用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實(shí)際應(yīng)用的首選。
