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"终极电池"研究迈进一大步

时间:2015-11-03  来源:科技日报   发布:高端装备网 
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图:无水锂—氧电池工作原理。放电时,通过添加剂碘化锂(LiI)和微量水的氧化还原反应,在石墨烯电极上形成氢氧化锂(LiOH);充电时,碘化物被氧化为碘,分解LiOH,重新形成纯石墨烯电极。

 

  据英国剑桥大学最新消息,该校科学家开发出一种可在实验室运行的锂—氧电池工作系统,能量密度极高,效率达90%以上,迄今为止可充放电超过2000次。

 

  锂-氧电池,或称锂-空气电池,一直被奉为“终极电池”,因为其理论能量密度高,是锂离子电池的10倍,堪比汽油,用作电动汽车电池的话,成本和重量仅是目前所用汽车电池的1/5。但在它替代汽油之前,还有许多实际问题需要解决。以往的系统效率很低,化学反应不理想,而且只能用纯氧气循环。

 

  新系统的电极由多孔蓬松的石墨烯制成,通过氢氧化锂而不是过氧化锂循环反应,加入微量水和碘化锂作“中介”,大大减少了会损害电池的化学反应,从而更加稳定高效。系统充放电之间的“电压差”缩小到0.2伏,首次循环充放电效率高达93%,接近锂离子电池。石墨烯电极还大大提高了电池容量,并在一定程度上提高了充放电速度。

 

  这些成果是锂—空气电池技术中的重大进步,开拓了全新的研究领域。

 

  虽然新研究为开发出实际应用设备指明了路径,但目前还有一些问题需要解决。如对金属电极的保护问题,锂金属树枝状生长,会导致安全问题,让电池爆炸或短路。此外,演示系统仍然只能以纯氧循环,空气中所含的二氧化碳、氮气和水分都对金属电极有害。虽然还有大量工作要做,但这些问题都有解决方法。

 

  研究很有前景,但要真正造出锂-空气电池,至少还要10年。

 

  新的设计路径确实将锂—空气电池又向前推进了一步,但研究人员对“终极电池”商业化的时间仍很保守——10年。失望吗?别忘了,任何革命性的、改变人类生活方式的科技成果都不是一蹴而就的。近日,有人旧事重提——汽车发明前后,广受推崇的竟是独轮汽车设计,然而,最终跑遍天下的却是人们习以为常的四轮现代汽车。同理,现在看来有重大进步的设计路径,可能被以后某个全新的方案替代并颠覆。变化是永恒的,不变的,是公众的那颗耐心。

 

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