講解鋰空氣電池和鋰電池區(qū)別
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2022-05-31 17:00
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鋰電池
在鋰電池中，負(fù)極為碳，正極為不同過(guò)渡金屬氧化物，如鈷、錳、鐵等。二者均浸潤(rùn)于溶解有鋰鹽的電解液中。充電時(shí)，鋰離子從正極(陰極)移動(dòng)到負(fù)極(陽(yáng)極)多孔碳上，嵌入碳材料中，外部電流從負(fù)極流到正極(電子從正極移動(dòng)到負(fù)極)，形成閉合回路;放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫嵌，回歸正極，外部電流從正極流向負(fù)極(電子從負(fù)極移動(dòng)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。
鋰電池原理
當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)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(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)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(shuō)的電池容量指的就是放電容量。
不難看出，在鋰電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰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(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以，專(zhuān)家們又給了鋰電池一個(gè)可愛(ài)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(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。
與鋰電池需要鋰的化合物和石墨做電極不同，鋰空氣電池可以筆直使用鋰金屬單質(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(guò)氧化鋰（Li2O2），在外電路中萌生電流；充電時(shí)再由過(guò)氧化鋰分析成鋰和氧氣。全過(guò)程無(wú)需其它質(zhì)量較大的元素參與，而陰極甚至可以筆直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(lái)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(huà)說(shuō)，單位質(zhì)量的鋰空氣電池可以?xún)?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(chǎng)，電動(dòng)車(chē)也將擁有和汽油車(chē)同樣級(jí)別的續(xù)航里程，將會(huì)徹底打破由于鋰電池能量密度過(guò)低而導(dǎo)致的續(xù)航里程瓶頸，對(duì)于清潔能源將來(lái)的發(fā)展有著緊要的意義。
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(guò)程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護(hù)膜而妨礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進(jìn)行。在開(kāi)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(méi)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)際使用的首選。
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