鉅大LARGE | 點擊量：867次 | 2021年08月08日
鋰空氣電池性能及未普及的原由
鋰空氣電池這是一種由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學(xué)術(shù)振興會(JSpS)共同開發(fā)出的一種新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。
鋰空氣電池
理論上可實現(xiàn)大容量的鋰空氣電池作為新一代大容量電池而備受矚目。不過此前的鋰空氣電池存在正極蓄積固體反應(yīng)生成物，阻隔了電解液與空氣的接觸，導(dǎo)致停止放電等問題。
負(fù)極(金屬鋰)采用有機電解液，正極(空氣)方面則使用水性電解液，兩極由固體電解質(zhì)隔開，以戒備兩電解液發(fā)生混合。由于固體電解質(zhì)只通過鋰離子，因此電池的反應(yīng)可無妨礙地進(jìn)行。正極的反應(yīng)生成物具有水溶性，不出現(xiàn)固體物質(zhì)。試驗證明該電池可繼續(xù)放電50000mAh/g(空氣極的單位質(zhì)量)。
該技術(shù)極有望用于汽車電池。倘若在汽車用支架上更換正極的水性電解液，用卡盒等方式補充負(fù)極的金屬鋰的話，汽車可實現(xiàn)繼續(xù)行駛且無需充電等待時間?？梢詮挠眠^的水性電解液中輕松提取金屬鋰，鋰能夠反復(fù)使用?？梢哉f是用金屬鋰作為燃料的新型燃料動力鋰電池。
鋰離子電池目前已經(jīng)開始在電動汽車上使用，為了實現(xiàn)長距離行駛，作為蓄電池時的高性能化和低成本化備受期望。但目前的鋰離子電池受制于電池容量很難實現(xiàn)長距離行駛，要實現(xiàn)長距離行駛非得在汽車上配備大量的電池，因此存在車體價格大幅上升的問題。
要實現(xiàn)電動汽車的普及，能源密度需達(dá)到目前的約6～7倍。因此，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。由于鋰空氣電池的正極使用空氣中的氧做活性物質(zhì)，理論上正極容量無限大，因此可實現(xiàn)大容量。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
解密鋰空氣電池
大容量鋰-空氣電池并非新概念，至今都未普及原由是它存在致命缺陷，日本的研究院克服了這個困難，但
要想實現(xiàn)商用，可能還要10年。減碳，有關(guān)人類福祉來說，絕對不是離譜的要求，但有關(guān)全球汽車業(yè)來說，卻是一件困難的事情。
眾所周知，鋰離子電池廣泛用于手機和筆記本電腦等，目前也已經(jīng)是下一代充電式混合動力車和電動汽車的理想之選。它比其它汽車電池的密度更高、電量更充分，但也更貴，受制于電池容量，充電后的行駛距離仍不夠遠(yuǎn)。即將于2010年上市的雪佛蘭Volt混合動力汽車倘若僅僅使用電池，只能行駛40公里。盡管仍有改進(jìn)的空間，但鋰離子電池的潛力仍舊有限。普遍認(rèn)為，要實現(xiàn)電動汽車的普及，能源密度需達(dá)到目前的約6～7倍。于是，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。雖然仍使用有機溶媒，但它卻以全新的構(gòu)成極大提高電池的能量密度。
鋰-空氣電池并非新概念。由于在正極上使用空氣中的氧作為活性物質(zhì)，理論上正極的容量密度是無限的，可加大容量。另外，倘若負(fù)極使用金屬鋰，理論容量會比鋰離子充電電池提高一位數(shù)。但是，為甚么鋰-空氣電池至今都未普及?原由是它存在致命缺陷，即固體反應(yīng)生成物氧化鋰(Li2O)會在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止。
2009年二月，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所能源技術(shù)研究部門能源界面技術(shù)研究小組組長周豪慎和日本學(xué)術(shù)振興會(JSpS)外籍特別研究員王永剛共同開發(fā)出了新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。他們通過將電解液分成兩種來處理上述問題。在負(fù)極(金屬鋰)一側(cè)使用有機電解液，在正極(空氣)一側(cè)使用水性電解液。在兩種電解液之間設(shè)置惟有鋰離子穿過的固體電解質(zhì)膜，將兩者隔開。這樣便可戒備電解液混合，并促使電池發(fā)生反應(yīng)。
負(fù)極用電解液組合使用的是含有鋰鹽的有機電解液。雖然不能棄用有機溶媒，但卻限定了使用辦法。正極用水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與微細(xì)化后的碳和低價氧化物催化劑形成的正極組合。在鋰-空氣電池中，由于放電反應(yīng)生成的并非是固體的Li2O，而是容易溶解在水性電解液中的LiOH(氫氧化鋰)。氧化鋰在空氣電極堆積后，不會導(dǎo)致工作停止。水及氮等也不會穿過固體電解質(zhì)的隔壁，因此不存在與負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng)的危險。而且，在充電時，倘若配置充電專用的正極，還可戒備充導(dǎo)電致空氣電極的腐蝕和老化。
試驗證明，以0.1A/g的放電率進(jìn)行放電時，放電容量約為9000mAh/g，而往日的鋰-空氣電池的放電容量僅為700～3000mAh/g，可以說實現(xiàn)了容量的大幅新增。另外，倘若使用水溶液取代水溶性凝膠，便可在空氣中以0.1A/g的放電率繼續(xù)放電20天，其放電容量約為5萬mAh/g(空氣極的單位質(zhì)量)，比原來高一位數(shù)。由于金屬鋰離子電池的容量原本就比鋰離子電池高一位數(shù)，因此該數(shù)值共比鋰離子充電電池高兩位數(shù)。
今朝，由于水溶液的性能較高，而在易用性上凝膠更為出色，科學(xué)家們今后要考慮決定到底對這兩者中的哪個進(jìn)行開發(fā)。了解到，這種技術(shù)還可考慮與單純的充電電池不同的使用辦法。倘若不對電池進(jìn)行充電，而是通過汽車底座更換正極的水性電解液，以卡盒等方式補給負(fù)極的金屬鋰，汽車便可實現(xiàn)無需充電等待時間，立即行駛。而且，通過回收用過的水性電解液，以電氣方式重新生成金屬鋰，還可持續(xù)作為電池負(fù)極燃料循環(huán)使用，戒備出現(xiàn)其他污染。鋰-空氣電池可以說是以金屬鋰為燃料的新型燃料動力鋰電池。
科學(xué)家認(rèn)為，鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍，可以供應(yīng)與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。全球不少試驗室都在研究這種技術(shù)，但倘若沒有重大沖破，要想實現(xiàn)商用可能還要10年。
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