鋰空氣電池和鋰離子電池區(qū)別在哪？
來源：寶鄂實業(yè)
2022-03-27 20:11
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鋰離子電池
在鋰離子電池中，負極為碳，正極為不同過渡金屬氧化物，如鈷、錳、鐵等。二者均浸潤于溶解有鋰鹽的電解液中。充電時，鋰離子從正極(陰極)移動到負極(陽極)多孔碳上，嵌入碳材料中，外部電流從負極流到正極(電子從正極移動到負極)，形成閉合回路;放電時，鋰離子從負極脫嵌，回歸正極，外部電流從正極流向負極(電子從負極移動到正極)。最終電池的容量大小取決于有多少材料能夠容納鋰離子，即由電極的體積與質(zhì)量決定。
鋰離子電池原理
當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
同樣道理，當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程)，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。
不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。
鋰空氣電池
鋰空氣電池是一種用鋰作負極，以空氣中的氧氣作為正極反應物的電池。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（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，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的空氣！
因此，鋰空氣電池可以實現(xiàn)比鋰離子電池高得多的能量密度。事實上，由于鋰是元素周期表中相對原子質(zhì)量最輕的金屬元素，而氧氣則來自空氣中，鋰空氣電池擁有著電化學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存并釋放的能量，要比所有其它電化學儲能介質(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，電動汽車也將擁有和汽油車同樣級別的續(xù)航里程，將會徹底打破由于鋰離子電池能量密度過低而導致的續(xù)航里程瓶頸，對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，形成氫氧化物。其放電反應方程為：
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反應的快速進行。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：
Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）
在水系電解液中，金屬Li極易和水反應，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用的首選。
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