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劍橋大學(xué)突破鋰空氣電池瓶�,一次充電可�650公里

時間�2015-11-02

�(dāng)電池的續(xù)航能力不再成為瓶頸,電動汽車的發(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《金融時報》當(dāng)?shù)貢r�1030日的報道,劍橋大�(xué)(Cambridge University)在電化學(xué)�(lǐng)域的一項突破,�?qū)⒋呱沙潆姷某夒姵?。這種電池在給定空間內(nèi)存儲的能量是目前最好電池的五�,可大大拓展電動汽車的續(xù)航里程,并可能大幅改觀電力存儲的經(jīng)�(jì)效益�


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


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


金融時報�,如果能把該技�(shù)從實驗室的演示品�(zhuǎn)�?yōu)樯唐?,將令汽車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�,劍橋的這個團(tuán)隊攻克了這種技�(shù)中的部分實際問題——尤其是化學(xué)上的不穩(wěn)定問�。在此之�,由于這種化學(xué)上的不穩(wěn)定,鋰空氣電池會顯示出性能迅速衰退的現(xiàn)��


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


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)勢——其能量密度可能要高10倍——以至于全球的研究人員都在開展鋰空氣電池的研��


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介紹�,近20年來,鋰-空氣電池在全球被廣泛研�。典型情況下,這種電池使用鋰金屬作為負(fù)極材�,正極則為多孔的�(dǎo)電碳材料�


放電�,從�(fù)極出�(fā)的鋰離子在正極與空氣中的氧氣反應(yīng),產(chǎn)生一種叫過氧化鋰的固體產(chǎn)物,填充于碳電極的孔隙中。充電時,化�(xué)過程逆轉(zhuǎn),過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場上鋰離子電池的10�,但實際�(yīng)用時卻存在多個重大缺��


劉韜�,該電池的反�(yīng)�(chǎn)物過氧化鋰及反應(yīng)中間�(chǎn)物超氧化鋰都有較高的反應(yīng)活�,會分解電解液,因此幾個充放電循環(huán)后電池電量就會急劇下降,電池壽命較�;由于過氧化鋰導(dǎo)電性能差,充電時很難分�,需要很高的充電電壓,還會導(dǎo)致分解電解液及碳電極等副作用�


放電�,過氧化鋰會堵塞多孔碳電�,導(dǎo)致放電提前結(jié)�;充電時,鋰金屬�(fù)極表面會以樹枝狀向正極生�,最終可能導(dǎo)致短�,存在安全隱患;鋰金屬與空氣中的水蒸�、氮�、二氧化碳都會發(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氧化�。氫氧化鋰比過氧化鋰要穩(wěn)�,大大降低了電池中的副反�(yīng),提高了電池性能。其中碘化鋰除了幫助分解氫氧化鋰�,似乎還起到了保�(hù)鋰金屬負(fù)極的作用,使電池對于過量的水有一定的免疫�。沒有它,同量的水會直接使電池失�,完全無法充放電�


他們開�(fā)出的鋰-空氣電池模型蓄電能力約為3000瓦時/千克,是�(xiàn)有鋰離子電池的約8�,可循環(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%的能量在放電時都能被使用�

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