鋰空氣電池獲突破 鋰離子電池要被取代？

時(shí)間:2015-11-02 13:35來(lái)源:雷鋒網(wǎng) 作者:西顧
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　　電池聯(lián)盟網(wǎng)訊  上周四，英國(guó)劍橋大學(xué)研究人員公布的一份文件顯示，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種鋰空氣電池，成功解決這種技術(shù)中的部分實(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。他們所研制出的鋰空氣電池具有較高的能量密度，并且能夠循環(huán)充電2000次以上。該電池在理論上的能源使用效率超過(guò)90％。
 
　　科學(xué)家們非常希望鋰空氣電池有一天能取代我們目前使用的鋰離子電池。“鋰離子充電電池已經(jīng)被使用了近25年，”劍橋大學(xué)化學(xué)系的Clare P. Grey教授在電話中說(shuō)，“25年前，結(jié)構(gòu)更為緊湊的鋰離子電池為便攜式電子產(chǎn)品的出現(xiàn)鋪平了道路，使我們隨身攜帶的電子設(shè)備變得更為輕巧便攜。鋰離子電池技術(shù)在當(dāng)時(shí)更適合消費(fèi)者，而如今，是時(shí)候讓鋰空氣電池來(lái)替代它了。”
 
　　沒(méi)有哪位化學(xué)家或工程師會(huì)說(shuō)，鋰離子電池是完美的。隨著電動(dòng)汽車(chē)的越來(lái)越普及，研究人員也開(kāi)始將精力集中在研究鋰空氣電池上。因?yàn)殇嚳諝怆姵乇蠕囯x子電池輕得多，更輕的汽車(chē)意味著更長(zhǎng)的續(xù)航里程�？梢钥隙ǖ氖�，鋰空氣電池在理想情況下具有更高的能量密度。理論上說(shuō)，只有這種電池能讓電動(dòng)汽車(chē)在不必?cái)y帶巨大而笨重的電池組的情況下，擁有可媲美汽油車(chē)及柴油車(chē)的續(xù)航里程。
 
　　仍需10年才能投入商用
 
　　在一份新聞稿中，劍橋大學(xué)的科學(xué)家們表示，雖然他們的研究已經(jīng)成功克服了鋰空氣電池技術(shù)中最大的障礙，但是將鋰空氣電池用于商業(yè)用途至少還需要10年的時(shí)間。
 
　　鋰空氣電池的基本化學(xué)原理十分簡(jiǎn)單。放電時(shí)，從負(fù)極出發(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(guò)氧化鋰的固體產(chǎn)物，填充于碳電極的孔隙中。充電時(shí)，化學(xué)過(guò)程逆轉(zhuǎn)，過(guò)氧化鋰被分解釋放氧氣。
 
　　鋰空氣電池的原型其實(shí)在很早之前就已經(jīng)被成功制造了出來(lái)，該電池的蓄電能力理論上是目前市場(chǎng)上鋰離子電池的10倍，而由于鋰金屬在化學(xué)上具有極其不穩(wěn)定性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在多個(gè)重大缺陷。如何可靠地令上述反應(yīng)在許多周期內(nèi)反復(fù)發(fā)生，則是該技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)。
 
       電池的反應(yīng)產(chǎn)物過(guò)氧化鋰及反應(yīng)中間的產(chǎn)物超氧化鋰都有較高的反應(yīng)活性，會(huì)分解電解液，因此幾個(gè)充放電循環(huán)后電池電量就會(huì)急劇下降，電池壽命較短；由于過(guò)氧化鋰導(dǎo)電性能差，充電時(shí)很難分解，需要很高的充電電壓，這還會(huì)導(dǎo)致分解電解液及碳電極等副作用。
 
　　放電時(shí)，過(guò)氧化鋰會(huì)堵塞多孔碳電極，導(dǎo)致放電提前結(jié)束；充電時(shí)，鋰金屬負(fù)極表面會(huì)呈樹(shù)枝狀向正極生長(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级紩?huì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致負(fù)極材料消耗，最終使電池失效。
 
　　化學(xué)穩(wěn)定性得到提升
 
　　劍橋大學(xué)的研究人員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。氫氧化鋰比過(guò)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(hù)鋰金屬負(fù)極的作用，使電池對(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，完全無(wú)法充放電。由于石墨烯氧化物具有多孔性，研究人員估計(jì)這種電池可循環(huán)超過(guò)2000次。
 
　　研究人員在新聞發(fā)布會(huì)上表示，他們將鋰空氣電池中的電壓間隙降低到了0.2V，成功提高了電池性能和效率。他們所開(kāi)發(fā)出的鋰空氣電池模型蓄電能力約為3000瓦時(shí)/千克，是現(xiàn)有鋰離子電池的約8倍，可循環(huán)充放電上千次，首次循環(huán)充放電效率高達(dá)93%，即充入電池中93%的能量在放電時(shí)都能被使用。
 
　　仍有技術(shù)難關(guān)需攻克
 
　　但當(dāng)前鋰空氣電池仍然存在一些問(wèn)題。電壓間隙的減小以及石墨烯氧化物電極的大容量導(dǎo)致其只能容納較小倍率的充放電，位于電池負(fù)極的金屬鋰有時(shí)仍會(huì)形成影響電池性能的樹(shù)突。而且，正如我們?cè)谇拔闹兴岬降模諝饫锊粌H僅有氧氣，在空氣中的其他的化合物也可能導(dǎo)致鋰空氣電池不穩(wěn)定。
 
　　而這些問(wèn)題的尚未解決，也意味著鋰空氣電池目前還是不能真正的投入商用。研發(fā)新的電池技術(shù)是很容易的，但是要將其真正投入使用還是需要攻克許多技術(shù)上的難關(guān)。研究人員表示他們目前正與多家公司合作，力求盡快推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。
 
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    10月27日，寧德時(shí)代貴州新能源動(dòng)力及儲(chǔ)能電池生產(chǎn)制造基地投產(chǎn)儀式舉行。項(xiàng)目投產(chǎn)，吹響了寧德時(shí)代全面深耕貴州的號(hào)角，將為全省新能源產(chǎn)業(yè)補(bǔ)鏈、延鏈、強(qiáng)鏈和貴安新區(qū)高質(zhì)量發(fā)展注入更加強(qiáng)勁的動(dòng)能。 據(jù)了解， 寧德時(shí)代貴州新能源動(dòng)力及儲(chǔ)能電池生產(chǎn)制造基
    2023-10-27 21:36

  • 磷酸鐵鋰正極材料龍頭擬赴港IPO！依賴(lài)寧德時(shí)代等大客戶(hù)

    10月24日，據(jù)港交所披露，江蘇龍?bào)纯萍脊煞萦邢薰荆ㄒ韵潞?jiǎn)稱(chēng)：龍?bào)纯萍迹┫蚋劢凰靼逄峤簧鲜猩暾?qǐng)書(shū)，國(guó)泰君安國(guó)際和鎧盛資本為其聯(lián)席保薦人。 招股書(shū)顯示，龍?bào)纯萍际鞘澜缟项I(lǐng)先的磷酸鐵鋰正極材料制造商，亦是中國(guó)內(nèi)地知名的車(chē)用環(huán)保精細(xì)化學(xué)品制造商。
    2023-10-25 17:57

  • 兩巨頭第三季度業(yè)績(jī)大PK：寧王賺104.28億，比亞迪或超百億

    10月19日晚間， 寧德時(shí)代 披露三季度報(bào)告， 公司第三季度實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入1054.31億元，同比增長(zhǎng)8.28%；歸母凈利潤(rùn)104.28億元，同比增長(zhǎng)10.66%。前三季度實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入2946.77億元，同比增長(zhǎng)40.10%；歸母凈利潤(rùn)311.45億元，同比增長(zhǎng)77.05%。 寧德時(shí)代發(fā)布的投資者
    2023-10-20 17:35

  • 再投超170億！國(guó)軒高科大手筆進(jìn)軍美國(guó)背后

    10月25日晚間，國(guó)軒高科發(fā)布公告，擬在美國(guó)密歇根州建設(shè)電池正負(fù)極材料項(xiàng)目，計(jì)劃總投資額達(dá)23.64億美元(約合173.03億元人民幣)，并委托公司全資子公司美國(guó)國(guó)軒與密歇根州政府及其他第三方合作伙伴簽署相關(guān)協(xié)議。
    2023-10-26 18:02

  • 日本領(lǐng)跑固態(tài)電池，其他國(guó)家?jiàn)^力追趕！

    在火熱的固態(tài)電池賽道，日本走在了其他國(guó)家的前頭。那么，各國(guó)目前固態(tài)電池發(fā)展現(xiàn)狀如何？其他國(guó)家又將怎樣追趕日本？固態(tài)電池何時(shí)才能產(chǎn)業(yè)化？
    2023-10-30 18:06

  • 碳酸鋰價(jià)格強(qiáng)勢(shì)反彈，未來(lái)能否持續(xù)？

    近期，鋰電池核心原材料電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格迎來(lái)上漲。據(jù)上海有色網(wǎng)最新報(bào)價(jià)顯示，10月17日，碳酸鋰（99.5% 電池級(jí)/國(guó)產(chǎn)）報(bào)17.3萬(wàn)元/噸，近5日累計(jì)漲4120.0元。
    2023-10-17 17:29
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