王昊：锂—空气电池及其关键技术研发

时间:2015-12-30 11:20来源:中国电池联盟网作者:西顾

点击: 次

各位老师，各位专家大家上午好，我今天报告的题目是锂空气电池及其关键技术开发。首先一个是基础空气电池的概念，也就是用金属燃料代替轻能源形成新概念的燃料电池，我们用金属作为负极，空气电极作为电极，形成的电池。

锂空气电池有几个优点，无毒、无污染、放电电压平稳、内阻小，高比功率、高比能量，储存寿命长，价格相对较低，不用背罐子，公益技术要求较低。

与传统的电池相比，提供大十倍左右的电力，减少了充电时间，尤其在能量效益方面，比转换设备能高出很多，也就是金属空气电池都是在图靠右上角坐标的位置。

金属空气电池的组成和原则，如果金属没有那么活泼，比如铁、铝，通常为中性或者碱性，也就是正极上空气从外界进入到电池体系，在表面还原，与此同时负极为流动电流提供接触。正极反就是氧气的还原，金属空气电池的能量以负极能量衡量，M在这里代表的是电池所用的金属。

金属空气电池分类，分为三类，一个是一次电池，就是经过加工整合，把电池一次成形，相当于只能放电不能充电，也就是平常常用的一次电池。最早是这种锌空气电池，一个成功的一次电池具有价格低廉而又较长的储存寿命，应该是一种重粮轻和体积小或二者兼并的便于携带的能源。后面又发展二次电池，可以充放电，一次放电使用后，可由相反方向痛点流使其功能恢复的称二次电池，还有锂空气电池。

在所有金属空气电池当中，其中以锂空气电池性能最为突出，这两服图表现的都是它具有相当高的密度，重点研究放在了锂空气电池上。锂空气电池和金属电池相通的，锂空气电池以金属锂为负极，长以多孔轻质的碳基材料为正极，通过金属锂与空气氧气与发生氧化还原反应而产生电流。工作原理都是相同的，都是靠氧化还原反应实现电池的工作原理。

锂空气电池的优势表现在三个方面，一个是金属锂在金属电极中具有最高的理论电压和电化学当量，还有标准化的3V的电压平台，便于组合成适用各种电器使用的电池，更是大规模商业化的2V半芯片的最佳配套电池。

在应用前景这一块，锂空气电池与现有汽车当中的汽油都是燃料体系，具有几乎相当的密度，实际的密度也相差不多，几乎就是一样。前几天福布斯中文网上出现一个问题，因为攻破一个技术，人类可能不再需要用机油，我不像刚才老师介绍的比较成熟的，我们这个还在开发阶段，大概需要几年，或者将近十年的时间，或许我们可以作出不再需要汽油，基于锂空气电池的动力燃料。

现在存在的问题，现有的锂空气电池，刚才从我的介绍当中，大家可以感受到我们的锂空气电池是靠催化剂，现在在贵金属及合金和过渡金属氧化物，贵金属活性好，而且造价高，稳定性差一些，过渡金属比表面及小，碳基材料需要残杂的材料，能不能找到这样的材料，具有低廉的造价，又具有高的活性密度，找到这样一种材料，就是金属耦合单元，机体大小可以调整孔洞大小，通过高比表面积，可调的孔结构，可设计的活性中心，从而为锂空气电池设计提供这样一种思路。

简单介绍一下MOFs基催化剂研究进展，我们推动对企业ORM，也就是放电过程当中的反应和充电过程当中的反应进行评价、分析，进行构造关系的关联制造出这样一个材料，可以用在锂空气电池上。

这是我们第一种催化剂，把两种活性位引入到一种材料当中，使起具有比较高的催化的效果，这是我们研究的第一个材料。我们嵌入了二氧化锰，来限制表面积的生长，从而获得增强充放电的活性。包括将氧化物分散在我们的MOFs表面，从而也能够达到增长的效果，活性、稳定性，包括在体和活性物质之间强烈的相互作用，使得我们充放电效果是可以增强的。

包括引入金属，通过金属调控，也可以获得增强性能的充放电的过程，把它应用到锂空气电池当中，获得高性能的材料。这是我们现在锂空气电池的组建，就是外观上所看到的样子，里边包括这么几个东西，我们用的是锂电池的氧气，气体进来有电解液等，包括正极材料，组成了这样一个锂空气电池。

这是我们现在测到了一些数据，当然比较早期的数据，通过负载催化剂，我们可以获得电池比传统材料具有更大的放电能量，包括我们传统的材料在充电过程当中没有活性的，通过充放电所获得的性能，下一步也跟美国的实验室谈合作，去研究更高比容量的锂空气电池。

理论上来说，可以实现锂空气电池作为新一代大容量电池而备受瞩目，该技术极有望用于汽车电池，可以说是用金属锂作为燃料的新型燃料电池。锂离子电池目前已经开始在电动汽车上应用，为了实现长距离行驶，作为锂视时的高性能化和成正本化备受期待。但目前的锂离子电池受制于电池容量很难实现。

我的报告就到这里，谢谢大家。

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