随着全球气候变暖,化石燃料对环境的污染越来越严重,人们对具有高比能量且清洁的能源的需求与日剧增。而锂空气电池有望解决这一难题。锂空气电池由于其超高的理论比能量而得到了越来越多的关注,那么为何它能受到研究人员如此的亲睐呢,就请跟随我一步步走进锂空气电池,试着感受一下它的魅力所在吧!

梗 概

众所周知,目前广泛用于手机和笔记本电脑等产品的是锂离子电池,目前也是下一代充电式混合动力车和电动车的理想之选。它密度更高、电量更充足,但也更贵,而受制于电池容量,充电后的行驶距离仍不够远。尽管仍有改进的空间,但锂离子电池的潜力依然有限。于是,理论上能源密度远远大于锂离子电池的金属锂空气电池备受关注。虽然仍使用有机溶媒,但它却以全新的构成极大提高电池的能量密度。

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原 理

充电时:
(1) 负极反应 (Li++e-→Li)
通过导线供应电子,锂离子(Li+)由正极的水性电解液穿过固体电解质到达负极表面,在负极表面发生反应生成金属锂。
(2) 正极反应 (4OH-→O2+2H2O+4e-)
反应生成氧。产生的电子供应给导线。

放电时:
(1) 负极反应 (Li→Li++e-)
金属锂以锂离子(Li+)的形式溶于有机电解液,电子供应给导线。溶解的锂离子(Li+)穿过固体电解质移到正极的水性电解液中。
(2) 正极 (O2+2H2O+4e-→4OH-)
通过导线供应电子,空气中的氧气和水在微细化碳表面发生反应后生成氢氧根离子(OH-)。在正极的水性电解液中与锂离子(Li+)结合生成水溶性的氢氧化锂(LiOH)。

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锂空气液流电池

锂空气电池不需要插入阴极,而是利用一种催化空气阴极结合电解质和锂阳极。空气中氧活性物质作为阴极,同时减少阴极表面与锂的反应,而直接与氧气作用。从理论上讲,利用氧气是一个无限阴极反应来源的基础,电池的容量仅通过锂阳极来限制。

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锂空气电池--会呼吸的绿色电池 IBM--锂空气电池

专业人士

琳达·纳扎尔(LindaNazar)(加拿大滑铁卢大学的化学家):新型锂空气电池还没有办法迅速投入商业化使用。对于创业者来说,纳米级黄金材料显得太过昂贵,而且作为电解液的二甲基亚砜也有可能与阳极的锂发生反应,导致电解质分解。还是那句话:革命尚未成功,同志仍需努力。

IBM:蓝色巨人计划利用纳米隔膜开发水纯净系统,以便将空气中的氧气与水等物质隔离开来。IBM的纳米结构经验还可以让它将电池中的氧分配到每个电池单元中去,由此防止堵塞。超级计算机则可以进行建模方面的研究,使单个原子能够通过电池中纳米隔膜。

有关科学家:如果锂空气电池能够实现,将主要应用于交通运输或笔记本电脑等对移动性要求很高的情境或产品中。但其仍需要更多的技术改进,如在阴极上使用更好的催化剂,以及性能出众的多功能电解质等,如若克服了这些障碍,锂空气电池也将能应用于更广泛的领域,如可被应用于微机电和纳米机电系统之中,这些系统能源需求更低,锂空气电池能运行更长时间。

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网友心声

bornunique小白:手机耗电速度越来越快,而电池的容量却很有限,这是锂电池行业的瓶颈啊,也得等到锂空气电池或者燃料电池,或者核电池才能正真解决这个问题。

HostonePartner陈秋东:储能领域长期看好的技术:1、全固态锂离子电池;2、燃料电池;3、锂-空气电池。

诺依信:最近有研究人员宣布,锂空气电池的稳定性获得突破。如果新技术能投入商用,那么未来电动汽车将有望拥有与传统燃油汽车相同甚至更强的续航能力。相对于传统锂离子电池,锂空气电池拥有更强的蓄电能力,比性能最好的锂离子电池都要高出 10 倍以上。

郑伟伟:锂空气电池早就有人在研究了,能量密度极高,但循环性能还不好,反应生成物会堵塞通道,阻止电化学反应继续进行。我们的工作是将孤立的电池单体组成可以工作的动力电池系统,任何技术的电池都必须经过这个环节,才能对外提供强大的电能。所以我们关注所有市场化的新型电池技术。

HostonePartner陈秋东:近年来看到有许多空气电池相关的新技术报道,产业化的成果却比较少见,从性能实现来看优于锂电池,但从商业化进程来看,要略慢一些。好东西,还是要持续关注下去。

然而,尽管锂空气电池前景看好,但是根据发展方向不同,也有各自的难题待克服。除了安全性、稳定性及固态传导性差等问题,关键问题在于,如何过滤空气中的水气,不让这些水气进到电池,和有机溶剂产生反应。固态水气虽穿透较慢,但同时传导性也较差,液态则容易和水气反应,造成安全上的疑虑。

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克服所面临的这些挑战,锂空气电池至少需要十年才能够商品化。不过,这不代表锂空气电池没有前途,锂空气电池正在寻求一个契机,解决目前所遇到的挑战。期望在不久的将来这一绿色电池可以真正的在电动汽车方面得到普及应用,从而为人类的可持续发展做出贡献。

我们也相信锂空气电池作为电池的首选畅销于市场的日子很快就会到来。

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