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锂-空气电池的时代会到来吗?

2017-07-24 09:25来源:中科院物理所作者:李夏关键词:锂离子电池锂-空气电池磷酸铁锂收藏点赞

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解决方案

然而方法总比问题多,为了进一步提高可充电池的能量密度,减轻电池重量就成了一个突破口。虽然暂时无法找到比金属锂具有更高能量质量比的材料,但我们可以给电池整体来一个减重瘦身,进而提高电池整体的能量密度。其中最具代表性的就是锂-空气电池了。锂-空气电池的理论计算能量密度可以达到12000Wh/Kg,这足以媲美汽油的超高能量密度,使其有望完全替代汽油,真正实现超长旅程的纯电动汽车[9,10](图3)。

△图3:各类电池之间的对比。(图片来源:[11])

什么是锂-空气电池?

简单点说,与传统锂离子电池以过渡金属氧化物作为正极材料不同,锂-空气电池是一种用金属锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物的电池。金属锂代替石墨作为负极的一个优点是金属锂(3860mAhg−1)[12]有着将近10倍于石墨(372mAhg−1)[13]的比容(SpecificCapacity)。与所有的电池一样,锂-空气电池也是由基本的三部分组成:正极、负极、电解质,外电路由导线连接传导电子,内电路由电解质连通传递离子。其工作原理如图4所示[9]:

△图4:锂-空气电池工作原理示意图。(图片来源:[9])

锂-空气电池以金属锂为负极,由碳基材料组成的多孔电极为正极。放电过程中,金属锂在负极失去电子成为锂离子,电子通过外电路到达多孔正极,将空气中的氧气还原,而锂离子穿过电解质到达多孔正极,与氧气和电子形成过氧化锂(Li₂O₂)(主要产物)。这一反应持续进行,电池便可以向负载提供能量。充电过程正好相反,在充电电压的作用下,放电过程中产生的放电产物首先在多孔正极被氧化,重新放出氧气,锂离子则在负极被还原成金属锂。

由于负极材料是很轻的多孔碳材料,而氧气则从环境中取得,因此锂-空气电池的重量主要取决于正极材料和电解液了。减轻了附中的锂-空气电池因此相较于锂离子电池有了更高的能量密度。

原标题:锂-空气电池的时代会到来吗?
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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