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由于通常状态下,纳米锂氧非常不稳定,所以研究人员将它们放入了氧化钴的矩阵之中。氧化钴矩阵其实是一种类似海绵状的物质,每隔几纳米就有一个气孔。氧化钴矩阵一方面可以稳定住纳米锂氧,另一方面,还可以充当化学反应的催化剂。
李巨教授补充道,传统的锂空气电池其实是锂干氧电池(lithium-dryoxygenbattery),因为它完全不能处理潮湿以及二氧化碳。所以锂空气电池使用的输入型空气需要认真处理。你需要大型辅助系统来除湿以及排除二氧化碳,这非常困难。但由于新电池完全不需要吸入以及排除气体,这个困扰锂空气电池的问题迎刃而解。
不会过度充电
研究团队表示,新型电池自身存在一种过度充电的保护机制,在过度充电情况下,化学反应可以实现自我约束。一旦过度充电情况发生,化学物质马上转变成另外一种形态,从而化学反应中止。李巨教授说:传统电池在过度充电的情况下,可能会导致不可逆转的结构损害,甚至爆炸。但是,对于纳米锂氧电池,我们已经连续过度充电15天了,已经是它电池容量的100倍以上,但电池一点损害都没有。
在循环负荷试验中,新型电池的实验室版本完成了120遍充电—放电的循环测试,整个过程下来,仅有2%的能量损失,这意味着这种电池或将拥有超长寿命。此外,这种电池使用非常方便,它可以像传统的固态锂离子那样使用,而且不需要锂空气电池的各种辅助设备,可以非常快捷方便的应用于汽车、电子设备甚至是电网能量储备领域。
另外,由于这些固态氧阴极比传统的锂离子电池阴极重量还要轻不少,因此,在同样的阴极重量之下,新型电池可以多储备一倍的能量。研究团队表示,如果新型电池在设计上进一步精致,最终的能量存储能力可以增加两倍以上。
李巨教授表示,整个过程不添加任何昂贵的物质或者材料。研究团队表示,新电池使用的作为液体电解质的碳酸盐是最便宜的一种。此外,氧化钴的重量还不到纳米锂氧重量的一半。整体而言,这种新型电池与锂空气电池相比,应用更为广泛、价格更为低廉、使用更为安全。
据悉,研究团队希望在一年内将实验室研究成果应用到实际测试之中。俄勒冈州立大学助理教授JiXiulei表示:这是一项重大突破,可能会推动氧基电池技术的重大发展。在这个系统之中,商用的碳酸盐基电解质与过氧化物溶剂的工作效果非常好。而且,在这个封闭空间里,不会产生任何气态氧,这非常令人印象深刻。在整个循环过程中,阴极的所有活跃物质都是固态的,这不仅意味着巨大的能量密度,而且与现状电池声称设备有着巨大的兼容性。
其他研究团体成员如下:MIT研究科学家AkihiroKushima、ZongyouYin,北京大学LuQi,阿贡国家实验室KhalilAmine、JunLu。整个研究是由美国国家科学基金会以及美国能源部支持的。
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