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劍橋大學(xué)突破鋰空氣電池瓶頸,一次充電可�650公里

時間�2015-11-02

當電池的�(xù)航能力不再成為瓶頸,電動汽車的發(fā)展便將進入爆發(fā)式發(fā)展階段。這一天已�(jīng)不再遙遠�


根據(jù)英國《金融時報》當?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夒姵亍_@種電池在給定空間�(nèi)存儲的能量是目前最好電池的五倍,可大大拓展電動汽車的�(xù)航里程,并可能大幅改觀電力存儲的經(jīng)濟效益�


該動力電池為鋰空氣電池,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,被認為是未來的�(fā)展方向。不過,可查資料顯示,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升,�(dǎo)致其過電位高、循�(huán)性能差、電流密度低、電極材料不�(wěn)定、電解質(zhì)分解等問題�


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


金融時報稱,如果能把該技�(shù)從實驗室的演示品�(zhuǎn)�?yōu)樯唐罚瑢⒘钇囍怀湟淮坞娋湍苄旭偧s650公里�


�(fā)表在《科�(xué)�(Science)期刊上的一篇研究論文顯示,劍橋的這個團隊攻克了這種技�(shù)中的部分實際問題——尤其是化學(xué)上的不穩(wěn)定問題。在此之前,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)象�


格雷教授表示:“我�?nèi)〉玫某删褪惯@項技�(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解決這一化學(xué)機制所固有的問題,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介紹說,�20年來,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極材料,正極則為多孔的導(dǎo)電碳材料�


放電時,從負極出�(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倍,但實際應(yīng)用時卻存在多個重大缺陷�


劉韜說,該電池的反應(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)活性,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,電池壽命較短;由于過氧化鋰�(dǎo)電性能差,充電時很難分解,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�


放電時,過氧化鋰會堵塞多孔碳電極,導(dǎo)致放電提前結(jié)束;充電時,鋰金屬負極表面會以樹枝狀向正極生長,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、氮氣、二氧化碳都會發(fā)生反�(yīng),導(dǎo)致負極材料消耗,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鋰。氫氧化鋰比過氧化鋰要穩(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,似乎還起到了保護鋰金屬負極的作用,使電池對于過量的水有一定的免疫性。沒有它,同量的水會直接使電池失效,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倍,可循�(huán)充放電上千次,首次循�(huán)充放電效率高�93%,即充入電池�93%的能量在放電時都能被使用�

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