鋰空氣電池的性能
空氣電池這是一種由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS）共同開發(fā)出的一種新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。
理論上可實(shí)現(xiàn)大容量的“鋰空氣電池”作為新一代大容量電池而備受矚目。不過此前的鋰空氣電池存在正極蓄積固體反應(yīng)生成物，阻隔了電解液與空氣的接觸，導(dǎo)致停止放電等問題。
負(fù)極（金屬鋰）采用有機(jī)電解液，正極（空氣）方面則使用水性電解液，兩極由固體電解質(zhì)隔開，以防止兩電解液發(fā)生混合。由于固體電解質(zhì)只通過鋰離子，因此電池的反應(yīng)可無阻礙地進(jìn)行。正極的反應(yīng)生成物具有水溶性，不產(chǎn)生固體物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明該電池可連續(xù)放電50000mAh/g（空氣極的單位質(zhì)量）。
該技術(shù)極有望用于汽車電池。如果在汽車用支架上更換正極的水性電解液，用卡盒等方式補(bǔ)充負(fù)極的金屬鋰的話，汽車可實(shí)現(xiàn)連續(xù)行駛且無需充電等待時(shí)間。可以從用過的水性電解液中輕松提取金屬鋰，鋰能夠反復(fù)使用?？梢哉f是用金屬鋰作為燃料的新型燃料電池。
鋰離子電池目前已經(jīng)開始在電動(dòng)汽車上應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)長距離行駛，作為蓄電池時(shí)的高性能化和低成本化備受期待。但目前的鋰離子電池受制于電池容量很難實(shí)現(xiàn)長距離行駛，要實(shí)現(xiàn)長距離行駛必須在汽車上配備大量的電池，因此存在車體價(jià)格大幅上升的問題。
要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的普及，能源密度需達(dá)到目前的約6～7倍。因此，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。由于鋰空氣電池的正極使用空氣中的氧做活性物質(zhì)，理論上正極容量無限大，因此可實(shí)現(xiàn)大容量。
鋰空電池的優(yōu)缺點(diǎn)
鋰空氣電池的理論比能量為11430Wh/kg（排除O2重量），與汽油的比能量相近。因而，鋰空氣電池系統(tǒng)實(shí)際比能量預(yù)計(jì)能夠達(dá)到1700Wh/kg。近十年，特別是最近幾年，鋰空氣電池正在被廣泛的研究，也報(bào)道了許多重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但最高的電池實(shí)際能量密度僅比鋰離子電池高一些。因而提高電池的能量密度和倍率性能來實(shí)際應(yīng)用于未來領(lǐng)域還需要更多的突破性進(jìn)展。
與其他電池相比，鋰空氣電池有比能量高、成本低廉、可充放性、環(huán)境友好等。但是，對(duì)于有機(jī)體系，在空氣電極、電解液、催化劑等方面已經(jīng)有了一定認(rèn)識(shí)，但還存在著一些重要的問題，如放電性能、能量效率、催化劑、空氣電極設(shè)計(jì)、都是鋰空氣電池體系的關(guān)鍵科學(xué)問題。這些這些問題的解決將會(huì)推動(dòng)鋰空氣電池走向?qū)嶋H的應(yīng)用。
鋰空氣電池應(yīng)用前景分析
池的續(xù)航能力能夠加強(qiáng)，才會(huì)真正步入電動(dòng)汽車的時(shí)代。不過，貌似這一幕離我們已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)：劍橋大學(xué)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解決了這一技術(shù)存在的某些實(shí)際問題，其在電動(dòng)化學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)突破可能將大幅提高電池容量。
劍橋大學(xué)的化學(xué)教授克萊爾˙格雷和她的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，攻克了鋰空氣電池開發(fā)中的技術(shù)難關(guān)。理論上說，只有這種電池能讓電動(dòng)汽車在不必?cái)y帶巨大而笨重的電池組的情況下，擁有可媲美汽油車及柴油車的續(xù)航里程。鋰空氣電池能量密度比目前的可充電電池中盛行的鋰離子技術(shù)要高10倍。意味著同樣體積的電池，鋰空氣電池的儲(chǔ)電量是其他鋰電池的10倍。研究人員表示，劍橋?qū)嶒?yàn)室中展示的電池系統(tǒng)效率達(dá)90%，可充電2000次。
劍橋大學(xué)這種鋰空氣電池的化學(xué)原理其實(shí)十分簡單。它通過鋰和氧結(jié)合成過氧化鋰實(shí)現(xiàn)放電，然后再通過施加電流逆轉(zhuǎn)這一過程而完成充電。而在此之前，由于這種化學(xué)上的不穩(wěn)定，鋰空氣電池會(huì)顯示出性能迅速衰退的現(xiàn)象。同時(shí)，他們還用石墨烯構(gòu)造高度多孔、海綿狀的碳電極，再加入一些添加劑使電池保持化學(xué)穩(wěn)定，解決了之前容易發(fā)生爆炸的問題?，F(xiàn)在正在盡力讓電池實(shí)現(xiàn)直接用空氣就能運(yùn)行。若是這項(xiàng)技術(shù)能從實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到汽車上，那么電動(dòng)汽車一次充電就足以從倫敦行駛至愛丁堡，而電池的成本和重量僅為當(dāng)前鋰離子電池的五分之一。
不過，劍橋大學(xué)方面也表示，這種技術(shù)要真正成熟并運(yùn)用到電動(dòng)汽車和儲(chǔ)電產(chǎn)品中，還需要一段的時(shí)間，也許在10年以內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)。