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如果电动汽车想要与化石燃料汽车的行驶范围相匹配,它们的电池便需要储存更多的能量。这其中,锂—空气(锂—氧)电池是最佳的候选能源,但这种电池一直存在严重的障碍。如今,英国剑桥大学的化学家研制出一种更持久的设计方案,为克服这些问题带来了希望,从而把这项技术朝实用化方向推进了一大步。
美国宾夕法尼亚州费城德雷塞尔大学材料化学家Yury Gogotsi表示,由剑桥的Clare Grey和她的同事设计的这款电池是一种小型实验室原型,距离汽车电池组还有很长的路要走,但他们对于材料的创新组合“解决了几个主要的锂—氧技术问题”。
Gogotsi指出,发表在10月30日出版的《科学》杂志上的这项研究工作“看起来确实很有趣”,但他强调,“这仍仅仅是关于一个小电池的出色的科学—实验室工作”,而没有向市场技术靠拢。
锂—空气电池也被称为呼吸电池,能够利用锂金属与空气中的氧发生反应所产生的能量。近20年来,锂—空气电池在全球被广泛研究。典型情况下,这种电池使用锂金属作为负极材料,正极则为多孔的导电碳材料。放电时,从负极出发的锂离子在正极与空气中的氧气反应,产生一种叫作过氧化锂的固体产物,填充于碳电极的孔隙中。充电时,化学过程逆转,过氧化锂被分解释放氧气。该电池的蓄电能力理论上是目前市场上锂离子电池的10倍,但在实际应用时却存在多个重大缺陷。
据介绍,锂—空气电池的反应产物过氧化锂及反应中间产物超氧化锂都有较高的反应活性,会分解电解液,因此几个充放电循环后电池电量就会急剧下降,电池寿命较短;由于过氧化锂导电性能差,充电时很难分解,需要很高的充电电压,还会导致分解电解液及碳电极等副作用;放电时,过氧化锂会堵塞多孔碳电极,导致放电提前结束;充电时,锂金属负极表面会以树枝状向正极生长,最终可能导致短路,存在安全隐患;锂金属与空气中的水蒸气、氮气、二氧化碳都会发生反应,导致负极材料消耗,最终使电池失效。
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