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改变锂空气电池结构:提效增寿

导读: 能够使得电动汽车的行驶距离和普通汽车的行驶距离相媲美的锂空气电池,在实用方面又迈出了关键的一步。众所周知锂空气电池两个最大的问题是效率低以及不能多次充放电,最近Yale和MIT的研究人员发现了一种缓解这两个问题的方法。

改变锂空气电池结构:提效增寿

  能够使得电动汽车的行驶距离和普通汽车的行驶距离相媲美的锂空气电池,在实用方面又迈出了关键的一步。众所周知锂空气电池两个最大的问题是效率低以及不能多次充放电,最近Yale和MIT的研究人员发现了一种缓解这两个问题的方法。

  研究人员开发出了一种能降低电池充电时所需能量的纳米结构薄膜,这样,一方面提高了效率,同时发现,实验电池能充电高达60次而不损失存储容量——这几乎是之前电池可充电次数的两倍。(电动汽车使用的电池大概需要1,000次的充放电循环。)

  锂空气电池的优势在于其巨大的理论储能能力。按重量计算,它是如今广泛使用的传统锂电池的10倍。一块锂空气电池可使汽车轻松行驶350英里以上,不需消耗汽油,并且相比于传统电池体积更小也更便宜。不过由于很难使得电池容量接近理论值,目前一些研究团队已放弃了对锂空气电池的进一步研究。就目前来看,尽管在该电池正式商业化使用之前还有很多工作要做,但这次Yale和MIT的进展表明一些关键问题正在被解决。

  当锂离子和氧气发生反应生成锂氧化物时,锂空气电池产生电流。而锂空气电池的充电过程则涉及到该反应的逆反应——锂氧原子间的化学键断裂,并且释放氧气。一直以来困扰人们的问题是,生成的锂氧化物会覆盖在电池电极上,从而隔绝了电极与催化剂的接触,进而减缓反应进程。

  此次研究人员的解决方法是改变锂空气电池的结构,添加一层由涂覆有催化剂的聚合物纳米纤维薄膜。他们表示锂氧化物不会在纳米纤维上形成,从而使得催化剂的利用率更高。

  实验电池使用的是纯氧气,为了达到锂空气电池的理论容量,需要开发出一种能够在空气中工作的系统,而这有很多挑战。比如,锂离子趋向于和空气中的碳氧化物反应,生成碳酸锂使得电池的充电过程很难进行。

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