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美MIT團隊開發新型封閉式锂空氣電池

??發布日期:2016-8-12

美國麻省理工學院MIT開發了一款新型锂空氣電池電池設計,能夠解決目前锂空氣電池複雜、低效和壽命低不實際的缺陷,保持傳統锂離子電池的高效節能優點。有望生産適用于個人電子韩国19禁至快速充電電動汽車的低成本高效能電池。

锂空氣電池是一種用锂作陽極,以空氣中的氧氣作爲陰極反應物的電池,相比傳統電池的密閉設計具有"開放性"特點,因爲需要空氣中的氧氣進行氣態-固態轉換攜帶锂離子存儲電荷,但是這也産生了三大問題:1、需要濾除空氣的水分和二氧化碳增加複雜度;2、3.7V充電電壓和2.5V放電電壓差意味著在充電過程中32%的能量以熱量損耗;3、持續的氧氣固態-氣態轉換對電池的材料和結構要求很高,容易導致過早失效壽命很短。

MIT的李巨教授及其團隊成功地通過開發一種新型的更實用的锂空氣電池陰極設計,來規避了這些缺陷。在新型電池設計中,封閉的電池中氧保持全時固態的形式,固態氧攜帶锂離子時將形成一種類似玻璃的材質,這些分子被依次包裹進氧化钴基質中形成被研究者稱爲納米锂氧(nanolithia),李巨表示,在這種形態下,氧化锂、過氧化锂以及超氧化锂的轉換可以完全以固態形式發生。

由于通常狀態下,納米锂氧非常不穩定,所以研究人員將它們放入了氧化钴的矩陣之中。氧化钴矩陣其實是一種類似海綿狀的物質,每隔幾納米就有一個氣孔。氧化钴矩陣一方面可以穩定住納米锂氧,另一方面,還可以充當化學反應的催化劑。

並可在三種氧化還原狀態中直接切換,産生三種不同的固體化合物——氧化锂Li2O、過氧化锂Li2O2以及超氧化锂LiO2,這三種化合物以玻璃形態混合在一起。這樣的話,電壓損耗情況可以改善5倍以上,從1.2伏減爲0.24伏,所以,僅有8%的電能被轉換成了熱量。李巨表示:"這意味著汽車可以快速充電,因此電池組發燙的情況會解決,不再構成安全隱患,而且電池的能源效率得到了保障。"

此外,新電池還解決了锂空氣電池的另一大問題。由于在充電與放電過程中,化學反應使氧以氣態以及固態的形式存在,當氧經曆巨大的體積變化時,這會擾亂電池內部的電傳導路徑,嚴重損害了電池的壽命。 

原标题:美MIT團隊開發新型封閉式锂空氣電池

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