鋰-空氣電池或?qū)⒔鉀Q電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航難題
2012-08-17
鋰電世界佚名8300核心提示： 中國(guó)電池網(wǎng) 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”鋰電池,大概可以解決現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航困境——如果它能勝利走出實(shí)驗(yàn)室的話。在正式上崗之前，鋰-空氣電池需要找
鋰電世界 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”鋰電池,大概可以解決現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航困境——如果它能勝利走出實(shí)驗(yàn)室的話。在正式上崗之前，鋰-空氣電池需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(lái)無(wú)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(lái)十年內(nèi)都無(wú)法成真。不過(guò)，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(lái)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(lái)制作電動(dòng)汽車(chē)電池人。不過(guò)，在實(shí)驗(yàn)室的電池制造過(guò)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。
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?，這種實(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(wú)法在電動(dòng)汽車(chē)上盡情發(fā)揮?，F(xiàn)今電動(dòng)汽車(chē)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(guò)加入電解液來(lái)促使鋰離子在兩極間的流動(dòng)。當(dāng)電車(chē)發(fā)動(dòng)時(shí)，鋰離子從負(fù)極經(jīng)過(guò)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(lái)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(chē)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(shuō)道?！拔覀円舶l(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的汽車(chē)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。”
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鋰-空氣電池在汽車(chē)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需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(guò)氧化鋰。過(guò)氧化鋰的形成過(guò)程即是電池的放電過(guò)程，汽車(chē)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(guò)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(guò)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。
但用全真金打造一個(gè)區(qū)區(qū)電極畢竟有奢華到無(wú)恥的嫌疑，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(shuō)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(guò)氧化鋰的嵌入?！拔覀冞€不知道納米級(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(lái)確定這一點(diǎn)。”
鋰-空氣電池是現(xiàn)今汽車(chē)電池研究開(kāi)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)和企業(yè)都在這一領(lǐng)域辛勤勞作，未來(lái)還會(huì)有好消息，我們就耐心等待吧。
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(lái)十年內(nèi)都無(wú)法成真。不過(guò)，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(lái)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(lái)制作電動(dòng)汽車(chē)電池人。不過(guò)，在實(shí)驗(yàn)室的電池制造過(guò)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。
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?，這種實(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(wú)法在電動(dòng)汽車(chē)上盡情發(fā)揮?，F(xiàn)今電動(dòng)汽車(chē)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(guò)加入電解液來(lái)促使鋰離子在兩極間的流動(dòng)。當(dāng)電車(chē)發(fā)動(dòng)時(shí)，鋰離子從負(fù)極經(jīng)過(guò)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(lái)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(chē)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(shuō)道?！拔覀円舶l(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的汽車(chē)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。”
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鋰-空氣電池在汽車(chē)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需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(guò)氧化鋰。過(guò)氧化鋰的形成過(guò)程即是電池的放電過(guò)程，汽車(chē)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(guò)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(guò)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。
但用全真金打造一個(gè)區(qū)區(qū)電極畢竟有奢華到無(wú)恥的嫌疑，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(shuō)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(guò)氧化鋰的嵌入?！拔覀冞€不知道納米級(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(lái)確定這一點(diǎn)。”
鋰-空氣電池是現(xiàn)今汽車(chē)電池研究開(kāi)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)和企業(yè)都在這一領(lǐng)域辛勤勞作，未來(lái)還會(huì)有好消息，我們就耐心等待吧。
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