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锂空气电池技术突破 人类可能将不再需要汽油

时间:2015-11-04 09:27来源:福布斯中文网 作者:西顾
点击: 次
 
         锂空气电池的主要优点在于，阴极材料在电池之外，这种设计大大提高了能量密度。
 
         锂空气电池是储能行业追逐的至高梦想。
 
         如今，由于剑桥大学科学家们作出的突破，锂空气电池距离商用又向前迈出了一大步。
 
         首先，什么是锂空气电池？
 
         电池包含三个基本部分：正极端子（阴极）、负极端子（阳极）和电解质。电解质使离子在端子之间移动，从而产生电流。很多种不同的化学成分都能被用来制造电池。
 
          锂原电池用锂作为阳极，阴极可以使用很多种不同的材料，包括二硫化铁、硅和二氧化硫。锂空气电池把空气中的氧作为电池阴极（正极端子）的反应物，把锂作为阳极（负极端子）。
 
         锂空气电池的主要优点在于，阴极材料在电池之外，这种设计大大提高了能量密度。
 
         其次，这对性能意味着什么？
 
          “比能”是衡量电池化学性能的重要指标，意指电池每单位重量所储存的能量，用瓦时/千克（Wh/kg）来表示。锂离子电池的比能为100至200 Wh/kg。锂空气电池的理论能量密度接近10,000 Wh/kg。
 
         “‘呼吸空气’的电池结构早就是人们的研发目标，在军事应用方面有很大潜力。”兰德公司（RAND）对电池技术进行的一项研究写道，“传统电池技术的比能不可能安全地超越250 Wh/kg。”
 
          如果锂空气电池在商业上可行，这可能意味着内燃机的终结。
 
         锂空气电池的商业化绝非板上钉钉的事情。呼吸空气的电池面临着诸多的技术挑战。据报道，剑桥大学的科学家们已经至少解决了其中的一些难题。
 
        上周五发表于《科学》（Science）杂志的一篇论文详细讲解了他们作出的技术突破。主要的创新包括用氢氧化锂结晶代替过氧化锂颗粒和添加碘化锂作为中介化合物。
 
         美国电子与电气工程师协会（IEEE）旗下刊物《IEEE Spectrum》总结道：
 
        “此外，研究人员使用大孔还原氧化石墨烯作为阴极材料，而不是通常用于其他锂空气电池阴极的中孔碳材料。孔径变大千倍（从10至100纳米提高到10至100微米）有助于防止电池在工作期间因为孔洞堵塞而形成氢氧化锂结晶。科学家们还利用具有溶解能力的乙二醇二甲醚来帮助消除充电和放电时形成的氢氧化锂结晶。另外，这种新设计显示了很强的防水性，表明它可以抵挡住空气中的水分。”
 
         这些改进显著减少了妨碍锂空气电池实现商业化的那些不利化学反应。剑桥实业（Cambridge Enterprises）已经为这个突破申请了专利。
 
         然而，在攻克空气呼吸电池商业化难关方面并不是只有剑桥一家在做。
 
         位于加州伯克利的电池研发公司PolyPlus已经设计并成功测试了一种锂空气电池，其比能超过700 Wh/kg。另外，位于加州埃默里维尔的初创公司EnZinc正在和美国海军研究实验室（U.S. Naval Research Laboratory）共同研发一种锌空气电池，该公司声称这种电池“将使电动汽车的行驶里程翻倍，把电池成本降低一半，并确保使用者的安全”。
 
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