【年终盘点】2016年十大锂电池技术突破

2016-12-29 00:12

突破六：MIT新型锂氧电池或解决电动汽车续航“焦虑”

由麻省理工学院核科学与工程学院教授李巨领衔，与MIT、阿贡国家实验室、北京大学等另外几名成员研究团队公布了新研发的锂氧电池。

根据李巨教授介绍，“传统的锂空气电池的工作原理是这样的：在放电过程中，锂空气电池从外界吸收氧气，并与电池的锂产生化学反应。在充电过程中，则产生相反的化学反应，氧被重新释放到空气中。而新型锂氧电池，充电与放电过程中，锂元素与氧气进行同样的电化学反应，但整个过程中根本不需要氧元素的气态变化。氧元素一直以固态形势存在，并可在三种氧化还原状态中直接切换，产生三种不同的固体化合物——氧化锂Li₂O、过氧化锂Li₂O₂以及超氧化锂LiO₂”。

新型电池的奥秘在于创建一个极小的微粒，大约在纳米级别，成玻璃状的微粒可同时包含锂与氧，并紧紧被包围在氧化钴（cobalt oxide）的小矩阵里。因为通常状态下，纳米锂氧非常不稳定，所以研究人员将它们放入了氧化钴的矩阵之中。氧化钴矩阵其实是一种类似海绵状的物质，每隔几纳米就有一个气孔。氧化钴矩阵一方面可以稳定住纳米锂氧，另一方面，还可以充当化学反应的催化剂。

李巨教授将锂空气电池和新型锂氧电池进行对比，锂空气电池的一大缺点是电池充电与放电时电压的不匹配。电池的输出电压比充电时的电压要低1.2伏还要多，这意味着在每一次完整充电过程中，都会产生巨大的能量损失，在充电时，约30%的电量以热量的形式流失，如果你充电速度过快，它都可以自燃。锂氧电池电压损耗情况可以改善5倍以上，从1.2伏减为0.24伏，所以，仅有8%的电能被转换成了热量。这意味着汽车可以快速充电，因此电池组发烫的情况会解决，不再构成安全隐患，而且电池的能源效率得到了保障。

锂空气电池其实是锂干氧电池，因为它完全不能处理潮湿以及二氧化碳。所以锂空气电池使用的输入型空气需要认真处理。新电池完全不需要吸入以及排除气体，这个困扰锂空气电池的问题迎刃而解。

此外，新型电池自身存在一种过度充电的保护机制，在过度充电情况下，化学反应可以实现自我约束。一旦过度充电情况发生，化学物质马上转变成另外一种形态，从而化学反应中止。在循环负荷试验中，新型电池的实验室版本完成了120遍充电—放电的循环测试，整个过程下来，仅有2%的能量损失，这意味着这种电池或将拥有超长寿命。

研究团队表示，新电池使用的作为液体电解质的碳酸盐是最便宜的一种。此外，氧化钴的重量还不到纳米锂氧重量的一半。整体而言，这种新型电池与锂空气电池相比，应用更为广泛、价格更为低廉、使用更为安全。

【OFweek视角】

编辑认为，这是一项重大突破，可能会推动氧基电池技术的重大发展。锂空气电池，被认为是锂离子电池的终极形态，而这个新型锂氧电池更是锂空气电池的升级版，更加强大、更加方便、还更加安全。希望这项技术能够快点成熟，走上市场！