鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:721次 | 2021年09月27日
鋰-空氣電池有望解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航難題
我國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:“會(huì)呼吸”的鋰離子電池的電容量遠(yuǎn)高于現(xiàn)今任何電池,我們希望它能早日走下設(shè)計(jì)圖紙,帶著電動(dòng)汽車們奔馳上路。
鋰-空氣電池:圣安德魯斯大學(xué)的化學(xué)家們正在尋找可以讓鋰-空氣電池成功放電并經(jīng)受住無數(shù)充-放電輪回考驗(yàn)的材料。(:圣安德魯斯大學(xué))
一種儲(chǔ)量可達(dá)到傳統(tǒng)鋰離子電池十倍之多的全新“吸氣式”鋰離子電池,大概可以解決現(xiàn)在電動(dòng)汽車的續(xù)航困境——假如它能勝利走出實(shí)驗(yàn)室的話。在正式上崗之前,鋰-空氣電池要找到合適的電解液和電極材料,有了這些特殊材料的支撐,新電池才能承受起未來無數(shù)次的充放電化學(xué)反應(yīng)。
鋰-空氣電池具有十分誘人的應(yīng)用前景,但受限于難以找到可用的電解液和電極材料,科學(xué)家曾預(yù)言這份美夢(mèng)在未來十年內(nèi)都無法成真。不過,一隊(duì)化學(xué)家現(xiàn)在似乎已經(jīng)找到了解決的方法:閃閃的金子。
這群來自蘇格蘭圣安德魯斯大學(xué)的研究人員,最先否決掉用黃金來制作電動(dòng)汽車電池人。不過,在實(shí)驗(yàn)室的電池制造過程中使用黃金,也許會(huì)為潛力巨大的鋰-空氣電池最終走向市場(chǎng)助上關(guān)鍵的一臂之力。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在上周五發(fā)表在《科學(xué)》(Science)上的一篇論文中,圣安德魯斯的化學(xué)家描繪出了一種使用DMSO(二甲亞砜)作為電解液,并用多孔的黃金作為電極的鋰-空氣電池的實(shí)驗(yàn)?zāi)P停@種實(shí)驗(yàn)電池在充-放電100次以后,其電池容量仍能保持最初的95%。
現(xiàn)有鋰離子電池的內(nèi)在屬性決定了它們?cè)谌萘可系木窒?,它們也因此無法在電動(dòng)汽車上盡情發(fā)揮?,F(xiàn)今電動(dòng)汽車上使用的鋰離子電池使用金屬氧化物或磷酸化物作為正極,碳材料作負(fù)極,通過加入電解液來促使鋰離子在兩極間的流動(dòng)。當(dāng)電車發(fā)動(dòng)時(shí),鋰離子從負(fù)極經(jīng)過一個(gè)隔膜流向正極,而電池充電時(shí)離子的流向正好相反。鋰離子電池的電極中可以容納的鋰離子數(shù)量有限,電池的儲(chǔ)電量因此受到限制,這使得科學(xué)家們不得不在研究中另辟蹊徑。
“鋰離子電池的儲(chǔ)能密度很高,從這點(diǎn)來看它是我們的最佳選擇。它已經(jīng)逐漸滲透到我們的生活,包括在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用?!笔グ驳卖斔勾髮W(xué)化學(xué)系教授彼得?布魯斯(PeterBruce)這樣說道?!拔覀円舶l(fā)現(xiàn),現(xiàn)在的汽車電池的儲(chǔ)電量至少再擴(kuò)充一倍才能真正滿足行駛的要求。這一點(diǎn)傳統(tǒng)鋰離子電池?zé)o法企及,所以我們才將目光投向了鋰-空氣電池?!?/p>
簡(jiǎn)單來說,鋰-空氣電池在汽車發(fā)動(dòng)狀態(tài)下,可以收集空氣中的氧氣作為電池反應(yīng)的原料。這意味著這種新電池不再要笨重的金屬氧化物作為電極,減負(fù)以后的電池可以獲得更多的儲(chǔ)能空間。在多孔的金制正極的表面,氧分子可以與鋰離子和電子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成過氧化鋰。過氧化鋰的形成過程即是電池的放電過程,汽車由此被驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電池充電時(shí),發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)剛好相反,氧氣會(huì)被釋放返回大氣。
目前,鋰-空氣電池的研發(fā)重點(diǎn)是尋找電解液和正電極的材料。經(jīng)過測(cè)試的大部分電解液和電極在幾個(gè)充-放電循環(huán)后就會(huì)發(fā)生降解,這會(huì)導(dǎo)致過氧化鋰生成量的銳減,或是反應(yīng)發(fā)生的不完全。所以,布魯斯和他在圣安德魯斯的同事彭長(zhǎng)全(ZhangquanPeng)、斯蒂凡?弗朗伯格(StefanFreunberger)和陳玉輝(YuhuiChen),一直在尋找一種電極,可以讓化學(xué)反應(yīng)在多輪充-放電循環(huán)后仍然正常進(jìn)行。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
但用全真金打造一個(gè)區(qū)區(qū)電極畢竟有奢華到的嫌疑,為了降低成本,圣安德魯斯的科學(xué)家們正在試驗(yàn)鍍金的碳電極是否也能達(dá)到相同的良好效果。
“實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,我們建立的一個(gè)可以在鋰-空氣電池中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)模型,似乎也是可逆的”,布魯斯說道。他的團(tuán)隊(duì)成功地發(fā)現(xiàn)了黃金作為鋰-空氣電池的一種電極材料的可行性,黃金在非水的溶液環(huán)境中的穩(wěn)定性使得它可以抵御氧氣的侵蝕,而多孔的性狀又允許了在電化學(xué)反應(yīng)中生成的過氧化鋰的嵌入?!拔覀冞€不了解納米級(jí)別的多孔金材料是否也有這種級(jí)別的穩(wěn)定性,我們還得再做一些工作來確定這一點(diǎn)?!?/p>
鋰-空氣電池是現(xiàn)今汽車電池研究開發(fā)的焦點(diǎn)之一,包括阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、麻省理工學(xué)院和IBM在內(nèi)的不少研究機(jī)構(gòu)和公司都在這一領(lǐng)域辛勤勞作,未來還會(huì)有好消息,我們就耐心等待吧。