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伊利诺伊理工学院开发锂空气电池解决方案 推进其商业化应用

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58京牌 ,伊利诺伊理工学院(Illinois Institute of Technology)化学工程助理教授Mohammad Asadi,针对锂空气电池面临的两大问题,开发解决方案。

(图片来源:solarbuildermag)

与锂离子电池相比,锂空气电池可在较小体积内容纳更多的能量,但其商业化应用受到限制。这首先是因为这种电池的可充电次数少,循环寿命短;其次是其充电能量远超过后期电池所能产生的能量。锂空气电池中的空气缩短了循环寿命。当电池充电时,电池内部带负电的组件(正极)处会发生氧和锂之间的化学反应。而空气中的其他元素,如一氧化碳、氮气和水,可以与电池内部的锂发生反应,阻止氧气到达正极,妨碍化学反应,并耗尽支持电池运行的锂。

在中使用锂空气电池具有诸多优势。该研究团队开发出独特的电池内部组件组合,可在充分减少干扰的情况下,使锂和氧发生反应。Asadi表示:“假设今天你有一辆电动汽车,单次充电续航仅为300英里。如果使用我们的锂空气电池技术,可以行驶1500-2000英里,相当于在相同重量和体积的情况下,使续航里程增加了五到六倍。我们的技术可以使正极化学只有利于氧还原和降解反应(oxygen reduction and degeneration reactions),避免形成副产物,降低电池效率。”

研究人员还开发了一种特殊的新型混合电解质,可以协同工作,吸收这些杂质。这种特殊的电解质混合物液体,可在正负极之间携带锂离子,也降低了锂在移动过程中与任何物质发生反应的可能性。通过这种有效途径设计,Asadi开发出了一种循环寿命长的锂空气电池,在其最新设计中实现了1200次充放电。

为了解决效率问题,Asadi还开发了新的正极材料。在一个电池中,正极会发生两种反应,在电池运行时形成过氧化锂;反过来,在电池充电时分解过氧化锂。很多材料可以用作催化剂,以加速其中任一反应。然而,要找到一种能同时加速两种反应的材料,存在挑战性。在最近的设计中,Asadi测试一种名为磷化钼(trimolybdenum phosphide)纳米催化剂的低成本材料,发现其可以有效加速这两种反应。Asadi表示:“使用我们的技术,可以达到这个反应的最低报告过剩能量,使循环过程中的能量损失可以忽略不计。这是目前最好的锂空气电池。”

虽然这代表着锂空气电池向前迈出了一大步,但Asadi表示,地球上的锂不足以支持生产我们所需的电池,以实现完全的未来。锂空气电池的优势在于可以更好地利用有限的锂资源,然而,对于推广使用电动汽车、发展低碳未来来说,还是不够的。Asadi认为,可以开发其他储量更丰富的金属,来制造与目前锂电池具有同等储能能力的电池。

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