黑科技簡析：可媲美汽油的空氣電池
時間:2015-11-04 09:36來源:網易汽車 作者:西顧
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電動汽車電池技術一直是制約電動汽車普及的最重要的因素，隨著電動汽車的快速發展，各種電池新技術被研發，其中空氣電池被認為是最佳候選能源，蓄電能力是市場上鋰電池的十倍以上，是電動汽車遠程行駛的未來，但該電池還有很多問題亟待解決。
鋁空氣電池
說起空氣電池，大家可能聽說過空氣鋁電池。早在今年1月份，富士色素株式會社（并非富士子公司）宣布，已在鋁空氣電池技術上取得重大突破。與特斯拉即將量產的鋰聚電池相比，鋁空氣電池理論容量多出40倍以上。富士色素表示，將在今年底前實現項目商業化。
早在去年Alcoa（美鋁公司）和以色列Phinergy公司表示：試驗用車的一個電池組重約100公斤，內裝50塊電池板，僅一塊鋁空氣電池板就可以驅動車輛行駛約32公里，最高續航里程可達1600公里。該公司還表示，開發出的鋁-空氣電池的空氣陰極配備有專用的銀基催化劑，其采用了獨特的創新結構，該結構可以使氧氣順利通過，而可以將二氧化碳阻隔在外。通過該創新結構，Phinergy鋁-空氣電池的空氣陰極可以有效避免電極的碳化問題，其工作壽命也因此可以達到數千小時。
鋰空氣電池
鋰—空氣電池也被稱為呼吸電池，能夠利用鋰金屬與空氣中的氧發生反應所產生的能量。近20年來，鋰—空氣電池在全球被廣泛研究。典型情況下，這種電池使用 鋰金屬作為負極材料，正極則為多孔的導電碳材料。放電時，從負極出發的鋰離子在正極與空氣中的氧氣反應，產生一種叫作過氧化鋰的固體產物，填充于碳電極的孔隙中。充電時，化學過程逆轉，過氧化鋰被分解釋放氧氣。該電池的蓄電能力理論上是目前市場上鋰離子電池的10倍，但在實際應用時卻存在多個重大缺陷。
據介紹，鋰—空氣電池的反應產物過氧化鋰及反應中間產物超氧化鋰都有較高的反應活性，會分解電解液，因此幾個充放電循環后電池電量就會急劇下降，電池壽命較短；由于過氧化鋰導電性能差，充電時很難分解，需要很高的充電電壓，還會導致分解電解液及碳電極等副作用；放電時，過氧化鋰會堵塞多孔碳電極，導致放電 提前結束；充電時，鋰金屬負極表面會以樹枝狀向正極生長，最終可能導致短路，存在安全隱患；鋰金屬與空氣中的水蒸氣、氮氣、二氧化碳都會發生反應，導致負極材料消耗，最終使電池失效。研究人員改用多層次的大孔石墨烯作為正極材料，利用水和碘化鋰作為電解液添加劑，最終產生和分解的是氫氧化鋰，而不是此前電池中的過氧 化鋰。氫氧化鋰比過氧化鋰要穩定，大大降低了電池中的副反應，提高了電池性能。其中碘化鋰除了幫助分解氫氧化鋰外，似乎還起到了保護鋰金屬負極的作用，使電池對于過量的水有一定的免疫性。
研究人員開發出的鋰—空氣電池模型蓄電能力約為3000瓦時／千克，是現有鋰離子電池的約8倍，可循環充放電上千次，首次循環充放電效率高達93%。 研究人員指出，這一工作為加快鋰—空氣電池的發展提供了許多新思路，比如使用多層次大孔石墨烯電極和電解液添加劑來改變電池反應產物、減少電池副反應、提高蓄電能力等。
據介紹，目前這種電池要想商業化依然有較多難題。電池的電流密度低，距離電動汽車所需的電流密度還差很遠，可能至少還需10年的工作，才能將該電池變為可用于汽車。
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