俄专家发现导致锂氧电池消极怠工的“推手”

时间:2017-08-11 10:18来源:新华社作者:栾海

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　　锂氧电池（又名锂空气电池）的放电功率比锂离子电池高数倍，但随着时间推移，锂氧电池的电极会越来越“钝化”，导致供电能力下降。俄罗斯科研人员日前通过实验发现，引发这一“怠工”现象的幕后“推手”是超氧化物阴离子。

　　锂氧电池是通过金属锂与空气中的氧气发生氧化还原反应并将化学能转换成电能的电池。在放电过程中，该电池负极的锂被氧化，正极的氧气被还原，从而在外电路中产生电流。目前一些国家的研究团队正计划为电动车配备这种电池，如果其有效供电的时间越长，电动车在一定行驶里程内需充电的次数就会越少。

　　莫斯科国立大学聚合物与晶体物理教研室主任霍赫洛夫和同事在新一期美国《物理化学杂志Ｃ辑》上报告说，导致锂氧电池目前难以投入实用的一个主要问题是随着使用时间的延长，该电池正极的工作状态会日益“消极”，导致放电效果下降，因此研究这种“怠工”机制是解决这一问题的关键。

　　霍赫洛夫和同事以使用六氟磷酸锂和二甲基亚砜为电解液的锂氧电池为研究对象，并用莫斯科国立大学的超级计算机推算该电池正极附近的电解液的成分、分子结构和盐类化合物离子的分布状况，以及相关变量对电池正极有效工作的影响。

　　分析结果显示，锂氧电池正极具有多孔碳结构，该电极在与空气中的二氧化碳和水汽长时间接触后，其多孔结构中的锂离子会在电极表面与氧分子还原的中间产物——超氧化物的阴离子相互结合。所谓超氧化物是含有O2-超氧离子自由基的一类化合物。随着这种结合的次数逐渐增多，锂氧电池正极的还原反应会越来越弱。因此抑制或延缓锂离子与超氧化物阴离子的结合进程，是提高锂氧电池工作效率的重点。

　　俄研究人员还表示，他们所用的超级计算机的推算结果显示，在锂氧电池所用的电解液中，相关离子在溶剂中溶解时所释放的能量越小，越有助于抑制锂离子与超氧化物阴离子的结合进程，这项研究为研制适用于锂氧电池的新电解液和电极新材料提供了思路。

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文章标签：锂空气电池锂氧电池

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