UIC研發(fā)空氣鋰電池，增加了鋰電池的循環(huán)次數(shù)嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-27 13:54
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鋰電池作為目前使用最為廣泛的儲能方式，相關研究一直方興未艾，而研究的目的殊途同歸都是為了擴大容量，提高能量密度。既然叫做鋰電池，那么陽極必定是就是鋰，因此很多研究也就是對陰極和電解液做文章，除了各種金屬，近年來越來越流行一種直接將空氣當做陰極的鋰電池。
理論上來講，如果將空氣當做陰極，似乎就能形成無限大的能量密度，因為空氣是取之不盡的，只要能夠保證空氣陰極不斷進行反應，那么空氣鋰電池的容量就無上限。
當然這么好的事情要實現(xiàn)起來并不簡單，實際上陰極必須要和空氣中氧氣發(fā)生反應才能保證電池運作，因此這種電池也被稱作鋰氧電池，然而空氣中又有太多雜質，加上用氧的氧化還原反應對電解液的要求非常高。
這樣一來，在發(fā)電過程中必定會發(fā)生各種副反應，導致陰極在反應過程中被各種反應物、廢料堆積，循環(huán)不到幾次就不能再使用。此前最好的記錄還是2016年MIT的120次充放電鋰氧電池，超過這個次數(shù)電池就會產(chǎn)生損耗。
全面改進
此次的改進除了針對電池的陰極，研究人員連鋰金屬陽極和電解液都做了不同程度的改善。
首先，研究人員在陰極周圍使用了一個碳制造的海綿狀晶格結構包圍層，晶格上還涂有二硫化鉬催化劑，目的就是阻止空氣中的二氧化碳、水蒸氣等雜志對氧化還原反應造成影響。
然后，在金屬鋰的陽極基礎上還涂覆了一層碳酸鋰薄層，該涂層能夠選擇性地允許鋰離子進入電解質，同時防止不想要的化合物到達陽極。
電解液方面，研究人員使用由鋰離子液體和二甲基亞砜的混合電解質，此前大部分是使用碳酸這有助于促進鋰氧反應，使鋰與空氣中其他元素的反應最小化，降低了其他副反應的發(fā)生。
最后，通過這些方法制成的電池能夠做到750次的無損耗充放電使用，刷新了空氣鋰電池的充放電記錄。
此次研究負責人包括伊利諾伊大學的3位助理教授Mohammad Asadi、Fatemeh Khalili-Araghi和Robert Klie，雖然前兩位為物理學院，最后一位在化學學院，但他們的研究對象均包括各種新型材料，只是出發(fā)點為物理性質或者化學性質，他們發(fā)表此前發(fā)表的論文總共被引用超過8000次。另外，阿貢國家實驗室此前就對空氣鋰電池頗有研究，上面提到的MIT的鋰電池就有阿貢國家實驗室的幫助。
當然，空氣鋰電池雖然理論上非常有吸引力，但要真正商業(yè)化落地還差很遠，哪怕是這次的750次充電，如果整合進電動車，按照日常使用恐怕2年就不行了。除了要需要繼續(xù)探索可避免副反應的材料之外，性價比也是關鍵因素，此次研究團隊絲毫未提及價格的問題，這其中的各種稀有金屬的價格恐怕也會制約空氣鋰電池的商業(yè)化落地。液態(tài)鋰電池為何會頻發(fā)爆炸，有專家分析，原因在于傳統(tǒng)鋰電池在大電流下工作有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路破壞；電解液為有機液體，在高溫下會加劇發(fā)生副反應、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向。
而近年來，學術界、產(chǎn)業(yè)界認為采用固態(tài)電池在安全性上相對有所保障，視其可以繼承液態(tài)鋰電池的“江湖地位”。
“儲能的春天已經(jīng)到來，儲能行業(yè)開始萌芽開花，在各類儲能技術中，電池儲能最受關注，也是發(fā)展最快的儲能技術方向。全固態(tài)鋰離子電池是規(guī)?；瘍δ芾硐氲幕瘜W電源。”中國科學院電工研究所儲能技術研究組陳永翀教授表示。
專家認為，全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質替代傳統(tǒng)有機液態(tài)電解液，有望從根本上解決電池安全性問題，是電動汽車和規(guī)?；瘍δ艿睦硐牖瘜W電源。
