锂空气电池

发布时间: 2015-12-04 11:09:19   作者:   来源:

  

一、技术名称:锂空气电池

二、技术类别:节能技术

三、所属领域及适用范围:电化学,能源

四、该技术应用现状及产业化情况

锂空气电池的原型其实在很早之前就已经被成功制造了出来但是由于锂金属在化学上具有极其不稳定性,实际应用时存在多个重大缺陷。剑桥大学的科学家们表示,虽然他们的研究已经成功克服了锂空气电池技术中最大的障碍,但是将锂空气电池用于商业用途至少还需要10年的时间

五、技术内容

1. 技术原理

典型情况下,这种电池使用锂金属作为负极材料,正极则为多孔的导电碳材料。放电时,从负极出发的锂离子在正极与空气中的氧气反应,产生一种叫过氧化锂的固体产物,填充于碳电极的孔隙中。充电时,化学过程逆转,过氧化锂被分解释放氧气。

锂空气电池原理

2、技术限制

该电池的反应产物过氧化锂及反应中间产物超氧化锂都有较高的反应活性,会分解电解液,因此几个充放电循环后电池电量就会急剧下降,电池寿命较短;由于过氧化锂导电性能差,充电时很难分解,需要很高的充电电压,还会导致分解电解液及碳电极等副作用。

放电时,过氧化锂会堵塞多孔碳电极,导致放电提前结束;充电时,锂金属负极表面会以树枝状向正极生长,最终可能导致短路,存在安全隐患;锂金属与空气中的水蒸气、氮气、二氧化碳都会发生反应,导致负极材料消耗,最终使电池失效。

在最新工作中,剑桥大学研究人员改用多层次的大孔石墨烯作为正极材料,利用水和碘化锂作为电解液添加剂,最终产生和分解的是氢氧化锂,而不是此前电池中的过氧化锂。氢氧化锂比过氧化锂要稳定,大大降低了电池中的副反应,提高了电池性能。其中碘化锂除了帮助分解氢氧化锂外,似乎还起到了保护锂金属负极的作用,使电池对于过量的水有一定的免疫性。没有它,同量的水会直接使电池失效,完全无法充放电。

六、主要技术指标

1、电压间隙;

2、蓄电能力;

3、循环充放电次数;

4、首次充放电效率;

5、稳定性。

七、技术鉴定情况

 

八、典型用户及投资效益

 

九、推广前景和减排潜力

因具备可比拟汽油的理论能量密度,锂空气电池被视为是未来电动汽车的理想电源,近年来受到了广泛的关注。然而,锂空气电池目前面临着诸多严峻挑战,包括充放电极化大、能量效率低、循环性能差等,严重制约了锂空气电池的快速发展和应用。这些挑战主要归因于电池关键材料的性质无法满足要求,包括空气电极的低效率、电解质的不稳定性以及锂负极的安全问题。如果能够有效解决目前仍存在的问题,那么其巨大的应用前景以及由此带来的能源经济效益将不可估量,它将可能成为下一个推动能源发展的领军者:由于它具有的巨大比容量即应用,能够为风能和太阳能灯再生能源提供备用能源,还能取代锂离子电池应用于移动能源诸如手机、笔记本电脑等各类电子产品设备中,此外它还有望成为航天业和水下军用电源。总之,锂空气电池的成功投入生产应用,将能推动交通、消费类电子产品、航天、军事、可再生能源等领域的大发展,引领各科技领域的不断进步。