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伊利諾伊理工學(xué)院（Illinois Institute of Technology）化學(xué)工程助理教授Mohammad Asadi，針對(duì)鋰空氣電池面臨的兩大問(wèn)題，開(kāi)發(fā)解決方案。


與鋰離子電池相比，鋰空氣電池可在較小體積內(nèi)容納更多的能量，但其商業(yè)化應(yīng)用受到限制。這首先是因?yàn)檫@種電池的可充電次數(shù)少，循環(huán)壽命短；其次是其充電能量遠(yuǎn)超過(guò)后期電池所能產(chǎn)生的能量。鋰空氣電池中的空氣縮短了循環(huán)壽命。當(dāng)電池充電時(shí)，電池內(nèi)部帶負(fù)電的組件（正極）處會(huì)發(fā)生氧和鋰之間的化學(xué)反應(yīng)。而空氣中的其他元素，如一氧化碳、氮?dú)夂退?，可以與電池內(nèi)部的鋰發(fā)生反應(yīng)，阻止氧氣到達(dá)正極，妨礙化學(xué)反應(yīng)，并耗盡支持電池運(yùn)行的鋰。

在電動(dòng)汽車(chē)中使用鋰空氣電池具有諸多優(yōu)勢(shì)。該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出獨(dú)特的電池內(nèi)部組件組合，可在充分減少干擾的情況下，使鋰和氧發(fā)生反應(yīng)。Asadi表示：“假設(shè)今天你有一輛電動(dòng)汽車(chē)，單次充電續(xù)航僅為300英里。如果使用我們的鋰空氣電池技術(shù)，可以行駛1500-2000英里，相當(dāng)于在相同重量和體積的情況下，使續(xù)航里程增加了五到六倍。我們的技術(shù)可以使正極化學(xué)只有利于氧還原和降解反應(yīng)（oxygen reduction and degeneration reactions），避免形成副產(chǎn)物，降低電池效率。”

研究人員還開(kāi)發(fā)了一種特殊的新型混合電解質(zhì)，可以協(xié)同工作，吸收這些雜質(zhì)。這種特殊的電解質(zhì)混合物液體，可在正負(fù)極之間攜帶鋰離子，也降低了鋰在移動(dòng)過(guò)程中與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的可能性。通過(guò)這種有效途徑設(shè)計(jì)，Asadi開(kāi)發(fā)出了一種循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰空氣電池，在其最新設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了1200次充放電。

為了解決效率問(wèn)題，Asadi還開(kāi)發(fā)了新的正極材料。在一個(gè)電池中，正極會(huì)發(fā)生兩種反應(yīng)，在電池運(yùn)行時(shí)形成過(guò)氧化鋰；反過(guò)來(lái)，在電池充電時(shí)分解過(guò)氧化鋰。很多材料可以用作催化劑，以加速其中任一反應(yīng)。然而，要找到一種能同時(shí)加速兩種反應(yīng)的材料，存在挑戰(zhàn)性。在最近的設(shè)計(jì)中，Asadi測(cè)試一種名為磷化鉬(trimolybdenum phosphide）納米催化劑的低成本材料，發(fā)現(xiàn)其可以有效加速這兩種反應(yīng)。Asadi表示：“使用我們的技術(shù)，可以達(dá)到這個(gè)反應(yīng)的最低報(bào)告過(guò)剩能量，使循環(huán)過(guò)程中的能量損失可以忽略不計(jì)。這是目前最好的鋰空氣電池。”

雖然這代表著鋰空氣電池向前邁出了一大步，但Asadi表示，地球上的鋰不足以支持生產(chǎn)我們所需的電池，以實(shí)現(xiàn)完全電氣化的未來(lái)。鋰空氣電池的優(yōu)勢(shì)在于可以更好地利用有限的鋰資源，然而，對(duì)于推廣使用電動(dòng)汽車(chē)、發(fā)展低碳未來(lái)來(lái)說(shuō)，還是不夠的。Asadi認(rèn)為，可以開(kāi)發(fā)其他儲(chǔ)量更豐富的金屬，來(lái)制造與目前鋰電池具有同等儲(chǔ)能能力的電池。

原標(biāo)題：伊利諾伊理工學(xué)院開(kāi)發(fā)鋰空氣電池解決方案