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下一代电池能量密度和功率密度的对应图表。
在放电过程中,电子通过外接的电路从负极流向正极,而带电的原子或离子则在电池内部流动,以保持电中性。在可充电电池充电时,这一过程就会倒过来。
锂离子电池的能量密度是指单位质量的电池材料能存储多少能量,近几年一直在以每年约5%的增长速度稳定增长,在20年的时间里从90Wh/kg增长到了240Wh/kg,而预计这一趋势还将继续持续。这是由于电极和电解质化合物和体系结构中的渐进改进和最大充电电压的增加;最近的便携式设备电池电压已经从传统的4.2V增长到了4.4V。
要在能量密度的继续提高上面继续获得突破,电极材料和电解质材料都需要进一步的改进。其中最大的即将实现的飞跃就是向正极中引入元素硫或空气,以及使用金属锂作为负极。
实验室中的进展
锂硫电池有望在锂离子电池的基础上实现能量密度的倍增,达到400Wh/kg;锂-空气电池的能量密度甚至有望达到锂离子电池的10倍,可达3000Wh/kg。这主要是因为此种电池使用空气作为一种非板载的反应物,氧气代替了电极中的元素,所以能极大地减少电池质量。
锂-空气电池使用氧气来驱动电池中的电化学反应
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