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【年终盘点】2016年十大锂电池技术突破

导读: 高能量密度电池材料和锂硫电池、锂空气电池和固态电池这三种电池技术,是行业研究的热门领域。2016年马上就要走到终点,回顾这一年,OFweek锂电网精心盘点了电池的十大相关科研成果,供大家参考!

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!

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