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汽车锂空气电池研发面临瓶颈

导读: 电动车用电池技术种类繁多,锂空气电池是研究得最多的几种电池技术之一。锂空气电池的最大优势在于,在尺寸和重量不变的前提下,锂空气电池的电量是目前电动车用电池的三倍,可以巨大地提升行驶里程。

  电动车用电池技术种类繁多,锂空气电池是研究得最多的几种电池技术之一。

  锂空气电池的最大优势在于,在尺寸和重量不变的前提下,锂空气电池的电量是目前电动车用电池的三倍,可以巨大地提升行驶里程。

  虽然锂空气电池的反应过程简单明了,但是它的技术还不成熟,有很多难题需要攻克。

  在锂空气电池中,锂在阳极发生氧化,形成锂离子和电子。锂离子通过电解液到达阴极。充电中,该反应朝相反方向进行。

  听上去不复杂,而且过去三年中有着300多篇研究论文的支持,其化学反应的可行性不容置疑。

汽车锂空气电池研发面临瓶颈

  但是根据Jun Lu的说法,其挑战也是巨大的。Jun Lu目前带领着来自美国阿贡国家实验室、北京理工大学、汉阳大学的专家正在进行这方面的研究。挑战包括:缺乏对锂空气电化学的深入理解、缺乏新的高性能电池材料、电池关键部件的设计进展太慢。

  首先,锂单质反应的活性很高,尤其是在水中。锂空气电池中,空气会带入水分,水分难免同锂元素反应。Lu和他的同事表示:“含水锂空气电池的成功开发,很大程度依赖于如何防止单质锂电极同水相接触。”

  所以后续研究的重心变为找出一种不可燃的电解液,并开发出仅允许必要元素通过的氧原子渗透膜。

  测试选取了四种电解液:无质子溶剂、含水电解液、固态电解质和无质子/含水混合电解液。

  无质子溶剂的缺点在于不够稳定,常常很快发生分解。但是锂盐具有提升该种化学品稳定性的潜在能力。

  含水电解液的难度更大,因为它太容易和锂单质发生反应。对此,研究人员开发了玻璃陶瓷材料,传导锂原子的同时,试图将溶剂区分在外,但是该材料易碎,且电阻值不理想。

  他们还评估了多孔金属、碳电极和具有优良导电性以及高强度的石墨烯材料。

  好在,只要上面几种技术中哪怕只有一种证实可行,那么车用电池的理论能量密度就能提高到11700Wh/kg,基本达到汽油13000Wh/kg的水平。

  虽然实际能量密度会比理论值降低许多,但是也足够让电动车的续航里程达到和传统汽车相同的数量级了。

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