鋰電池之后的新電池：鋰-空氣電池首次實(shí)用化
鋰-空氣電池首次實(shí)用化
鋰—空氣電池的概念很早就提出來(lái)了。由于在正極上使用空氣中的氧作為活性物質(zhì)，因此理論上正極的容量密度是無(wú)限的，可加大容量。另外，如果負(fù)極使用金屬鋰，理論容量會(huì)比鋰離子充電電池提高一位數(shù)。
另外，業(yè)內(nèi)還進(jìn)行了其他嘗試，雖然仍使用有機(jī)溶媒，但不同的是以全新的構(gòu)成來(lái)提高電池的能量密度。這就是鋰-空氣電池。在這種嘗試下，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學(xué)術(shù)振興會(huì)開(kāi)發(fā)出了新結(jié)構(gòu)的鋰-空氣電池。
不過(guò)，鋰-空氣電池至今都未普及。原因是存在致命缺陷，即固體反應(yīng)生成物氧化鋰（Li2O）會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止。
日本產(chǎn)綜研通過(guò)將電解液分成兩種解決了這一問(wèn)題。在負(fù)極（金屬鋰）一側(cè)使用有機(jī)電解液，在正極（空氣）一側(cè)使用水性電解液。在兩種電解液之間設(shè)置只有鋰離子穿過(guò)的固體電解質(zhì)膜，將兩者隔開(kāi)。這樣便可防止電解液混合，并促進(jìn)電池發(fā)生反應(yīng)。
負(fù)極采用金屬鋰條。負(fù)極用電解液組合使用的是含有鋰鹽的有機(jī)電解液。雖然不能棄用有機(jī)溶媒，但卻限定了使用方法。正極用水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與微細(xì)化后的碳和低價(jià)氧化物催化劑形成的正極組合。
在該電池中，由放電反應(yīng)生成的并非是固體的Li2O，而是容易溶解在水性電解液中的LiOH（氫氧化鋰）。因此，氧化鋰在空氣電極堆積后，不會(huì)導(dǎo)致工作停止。另外，水及氮等也不會(huì)穿過(guò)固體電解質(zhì)的隔壁，因此不存在與負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng)的危險(xiǎn)。而且，在充電時(shí)，如果配置充電專用的正極，還可防止充導(dǎo)電致空氣電極的腐蝕和老化。
以0.1A/g的放電率進(jìn)行放電時(shí)，放電容量約為9000mAh/g。以前的鋰-空氣電池的放電容量?jī)H為700～3000mAh/g，可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)了容量的大幅增加。
另外，如果使用水溶液取代水溶性凝膠，便可在空氣中以0.1A/g的放電率連續(xù)放電20天，其放電容量約為5萬(wàn)mAh/g，比原來(lái)高一位數(shù)。由于金屬鋰電池的容量原本就比鋰離子電池高一位數(shù)，因此該數(shù)值共比鋰離子充電電池高兩位數(shù)。水溶液的性能較高，但在易用性上凝膠更為出色。今后需要考慮對(duì)這兩者中的哪一個(gè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
這種技術(shù)還可考慮與單純的充電電池不同的使用方法。如果不對(duì)電池進(jìn)行充電，而是通過(guò)底座更換正極的水性電解液，以卡盒等方式補(bǔ)給負(fù)極的金屬鋰，汽車(chē)便可無(wú)需充電等待時(shí)間，立即行駛。通過(guò)回收用過(guò)的水性電解液，以電氣方式重新生成金屬鋰，還可實(shí)現(xiàn)鋰的反復(fù)使用。可以說(shuō)是以金屬鋰為燃料的新型燃料電池。
鋰—空氣電池的概念很早就提出來(lái)了。由于在正極上使用空氣中的氧作為活性物質(zhì)，因此理論上正極的容量密度是無(wú)限的，可加大容量。另外，如果負(fù)極使用金屬鋰，理論容量會(huì)比鋰離子充電電池提高一位數(shù)。
另外，業(yè)內(nèi)還進(jìn)行了其他嘗試，雖然仍使用有機(jī)溶媒，但不同的是以全新的構(gòu)成來(lái)提高電池的能量密度。這就是鋰-空氣電池。在這種嘗試下，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學(xué)術(shù)振興會(huì)開(kāi)發(fā)出了新結(jié)構(gòu)的鋰-空氣電池。
不過(guò)，鋰-空氣電池至今都未普及。原因是存在致命缺陷，即固體反應(yīng)生成物氧化鋰（Li2O）會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止。
日本產(chǎn)綜研通過(guò)將電解液分成兩種解決了這一問(wèn)題。在負(fù)極（金屬鋰）一側(cè)使用有機(jī)電解液，在正極（空氣）一側(cè)使用水性電解液。在兩種電解液之間設(shè)置只有鋰離子穿過(guò)的固體電解質(zhì)膜，將兩者隔開(kāi)。這樣便可防止電解液混合，并促進(jìn)電池發(fā)生反應(yīng)。
負(fù)極采用金屬鋰條。負(fù)極用電解液組合使用的是含有鋰鹽的有機(jī)電解液。雖然不能棄用有機(jī)溶媒，但卻限定了使用方法。正極用水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與微細(xì)化后的碳和低價(jià)氧化物催化劑形成的正極組合。
在該電池中，由放電反應(yīng)生成的并非是固體的Li2O，而是容易溶解在水性電解液中的LiOH（氫氧化鋰）。因此，氧化鋰在空氣電極堆積后，不會(huì)導(dǎo)致工作停止。另外，水及氮等也不會(huì)穿過(guò)固體電解質(zhì)的隔壁，因此不存在與負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng)的危險(xiǎn)。而且，在充電時(shí)，如果配置充電專用的正極，還可防止充導(dǎo)電致空氣電極的腐蝕和老化。
以0.1A/g的放電率進(jìn)行放電時(shí)，放電容量約為9000mAh/g。以前的鋰-空氣電池的放電容量?jī)H為700～3000mAh/g，可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)了容量的大幅增加。
另外，如果使用水溶液取代水溶性凝膠，便可在空氣中以0.1A/g的放電率連續(xù)放電20天，其放電容量約為5萬(wàn)mAh/g，比原來(lái)高一位數(shù)。由于金屬鋰電池的容量原本就比鋰離子電池高一位數(shù)，因此該數(shù)值共比鋰離子充電電池高兩位數(shù)。水溶液的性能較高，但在易用性上凝膠更為出色。今后需要考慮對(duì)這兩者中的哪一個(gè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
這種技術(shù)還可考慮與單純的充電電池不同的使用方法。如果不對(duì)電池進(jìn)行充電，而是通過(guò)底座更換正極的水性電解液，以卡盒等方式補(bǔ)給負(fù)極的金屬鋰，汽車(chē)便可無(wú)需充電等待時(shí)間，立即行駛。通過(guò)回收用過(guò)的水性電解液，以電氣方式重新生成金屬鋰，還可實(shí)現(xiàn)鋰的反復(fù)使用。可以說(shuō)是以金屬鋰為燃料的新型燃料電池。
