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劍橋大學(xué)突破鋰空氣電池瓶頸,一次充電可�(kāi)650公里

�(shí)間:2015-11-02

�(dāng)電池的續(xù)航能力不再成為瓶頸,電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展便將�(jìn)入爆�(fā)式發(fā)展階段。這一天已�(jīng)不再遙遠(yuǎn)�


根據(jù)英國(guó)《金融時(shí)�(bào)》當(dāng)?shù)貢r(shí)�1030日的�(bào)道,劍橋大學(xué)(Cambridge University)在電化學(xué)�(lǐng)域的一�(xiàng)突破,或?qū)⒋呱沙潆姷某?jí)電池。這種電池在給定空間內(nèi)存儲(chǔ)的能量是目前最好電池的五倍,可大大拓展電�(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程,并可能大幅改觀電力存儲(chǔ)的經(jīng)�(jì)效益�


該動(dòng)力電池為鋰空氣電池,高比能量鋰空氣電池是未來(lái)大容量純電動(dòng)汽車(chē)潛在的動(dòng)力電源技�(shù)之一,被�(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展方向。不�(guò),可查資料顯示,由于空氣鋰電池的充電�(dòng)力學(xué)速率低限制了其實(shí)際性能的提升,�(dǎo)致其�(guò)電位高、循�(huán)性能差、電流密度低、電極材料不�(wěn)定、電解質(zhì)分解等問(wèn)題�


劍橋大學(xué)的化�(xué)教授克萊�?格雷(Clare Grey)和她的團(tuán)�(duì)攻克了鋰空氣電池�(kāi)�(fā)中的技�(shù)難關(guān)�


金融�(shí)�(bào)�(chēng),如果能把該技�(shù)從實(shí)�(yàn)室的演示品轉(zhuǎn)�?yōu)樯唐罚瑢⒘钇�?chē)只充一次電就能行駛�650公里�


�(fā)表在《科�(xué)�(Science)期刊上的一篇研究論文顯示,劍橋的這�(gè)�(tuán)�(duì)攻克了這種技�(shù)中的部分�(shí)際問(wèn)題——尤其是化學(xué)上的不穩(wěn)定問(wèn)題。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�


格雷教授表示:“我�?nèi)〉玫某删褪惯@�(xiàng)技�(shù)向前邁出了重要一步,�(yù)示著全新的研究領(lǐng)域。我�?nèi)晕慈P(pán)解決這一化學(xué)�(jī)制所固有的問(wèn)題,但我們的成果確實(shí)揭示了前行的道路。�


和目前的可充電電池中盛行的鋰離子技�(shù)相比,鋰空氣電池理論上擁有巨大的�(yōu)�(shì)——其能量密度可能要高10倍——以至于全球的研究人員都在開(kāi)展鋰空氣電池的研究�


論文第一作者、劍橋大�(xué)的劉韜博士在接受新華社記者采訪時(shí)介紹�(shuō),近20年來(lái),鋰-空氣電池在全球被廣泛研究。典型情況下,這種電池使用鋰金屬作為負(fù)極材料,正極則為多孔的導(dǎo)電碳材料�


放電�(shí),從�(fù)極出�(fā)的鋰離子在正極與空氣中的氧氣反應(yīng),產(chǎn)生一種叫�(guò)氧化鋰的固體�(chǎn)物,填充于碳電極的孔隙中。充電時(shí),化�(xué)�(guò)程逆轉(zhuǎn),過(guò)氧化鋰被分解釋放氧氣。該電池的蓄電能力理論上是目前市�(chǎng)上鋰離子電池�10倍,但實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻存在多�(gè)重大缺陷�


劉韜�(shuō),該電池的反�(yīng)�(chǎn)物過(guò)氧化鋰及反應(yīng)中間�(chǎn)物超氧化鋰都有較高的反應(yīng)活性,�(huì)分解電解液,因此幾�(gè)充放電循�(huán)后電池電量就�(huì)急劇下降,電池壽命較短;由于�(guò)氧化鋰導(dǎo)電性能差,充電�(shí)很難分解,需要很高的充電電壓,還�(huì)�(dǎo)致分解電解液及碳電極等副作用�


放電�(shí),過(guò)氧化鋰會(huì)堵塞多孔碳電極,�(dǎo)致放電提前結(jié)束;充電�(shí),鋰金屬�(fù)極表面會(huì)以樹(shù)枝狀向正極生�(zhǎng),最終可能導(dǎo)致短路,存在安全隱患;鋰金屬與空氣中的水蒸氣、氮?dú)狻⒍趸级�?huì)�(fā)生反�(yīng),導(dǎo)致負(fù)極材料消耗,最終使電池失效�


在最新工作中,劉韜等人改用多層次的大孔石墨烯作為正極材料,利用水和碘化鋰作為電解液添加劑,最終產(chǎn)生和分解的是氫氧化鋰,而不是此前電池中的過(guò)氧化鋰。氫氧化鋰比�(guò)氧化鋰要�(wěn)定,大大降低了電池中的副反應(yīng),提高了電池性能。其中碘化鋰除了幫助分解氫氧化鋰外,似乎還起到了保護(hù)鋰金屬負(fù)極的作用,使電池�(duì)于過(guò)量的水有一定的免疫性。沒(méi)有它,同量的水會(huì)直接使電池失效,完全�(wú)法充放電�


他們開(kāi)�(fā)出的鋰-空氣電池模型蓄電能力約為3000瓦時(shí)/千克,是�(xiàn)有鋰離子電池的約8倍,可循�(huán)充放電上千次,首次循�(huán)充放電效率高�(dá)93%,即充入電池�93%的能量在放電�(shí)都能被使用�

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