用手機最怕沒電,什麼時候能發明出效率高的電池?

Ywphhh

一支來自美國伊利諾伊大學芝加哥分校、阿貢國家實驗室和加州州立大學北嶺分校的聯合科研團隊在《自然》雜誌上發表的文章,讓人們看到了這種擁有極高理論能量密度的電池取代現有的鋰離子,突破電動汽車裡程的瓶頸的可能。

該文章成功製成了可以在類似空氣的氣氛中循環的超過 700 次的鋰空氣電池,打破了之前鋰空氣電池且循環壽命短的限制,而且無需使用純氧。

我們知道,鋰離子電池是目前為止最為成功的充電電池,在目前最為火爆的“三元鋰”電池的陰極中,除了鋰元素,還需要鎳、鈷、錳三種金屬元素,一起組成化合物鎳鈷錳酸鋰。是因為在電池中,不論充電還是放電,都是鋰離子在兩個電極之間來回穿梭,以形成電流。而鎳、鈷、錳都要比鋰重得多。

當鋰離子到達電極時,需要在其表面嵌入,而離開時則需要“脫嵌”,一塊鋰離子電池的能量密度一直做不上去。為了保證良好的“嵌入-脫嵌”反應,鋰離子電池的陽極通常為石墨,而陰極通常為鋰的某種化合物。

因此,鋰離子電池中,雖然只需要 1 個相對原子質量僅為 3 鋰離子(相對原子質量為一個碳原子質量的十二分之一)就可以攜帶了 1 個單位的電荷,陰極卻需要還需要比鋰重得多的多的鎳、鈷、錳、鐵、碳等原子構成化合物一起去收服這個鋰離子。導致為了這 1 個單位的正電荷,僅在陰極就要配備1個相對分子質量可能接近了100的巨無霸。

而鋰空氣電池就不同了,鋰空氣電池可以實現比鋰離子電池高得多的能量密度。與鋰離子電池需要鋰的化合物和石墨做電極不同,鋰空氣電池可以直接使用鋰金屬單質(Li)和空氣中的氧氣(O2)作為電極,陰極甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不計的空氣。

電池放電時,全過程無需其它質量較大的元素參與,由氧氣氧化鋰單質生成過氧化鋰(Li2O2),在外電路中產生電流;充電時再由過氧化鋰分解成鋰和氧氣。


分享到:


相關文章: