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锂空气电池未来会取代锂电池吗

来源:小鱼儿玄机2站  日期:2019-05-28 10:49  浏览量:

  锂空气电池未来会取代锂电池吗?锂空气电池能量密度高、重量轻、绿色无污染。锂空气电池击败锂离子电池的潜力极大,然而,想要在成本和使用寿命上比肩传统的锂离子电池、达到“稳定生产期”,都必须解决循环寿命、能量效率、空气过滤膜、金属锂防护等关键问题,这显然还有很长的路要走。

  什么是锂空气电池?

锂空气电池.jpg

  锂空气电池是一种用锂作阳极,以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。其实,锂空气电池就是金属燃料电池,通俗地来说就是用金属锂做负极,氧气做正极的一种锂电池。锂空气电池的优点在于比能量高(比能量,简单地理解就是单位质量的电极材料参与反应时放出电能的大小),理论上接近了汽油。

  虽然锂空气电池比能量高,但是它的缺点就是反应可逆性差,需要催化剂。这里所说的2D材料也叫做“二维材料”。用它们做催化剂的时候,能够提高电池内部的化学反应速率,使锂空气电池的效率更高、充电能力更强,电池保存能量的能力和提供能量的能力被大大提升了。

  放电过程:阳极的锂释放电子后成为锂阳离子(Li+),Li+穿过电解质材料,在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂(Li2O)或者过氧化锂(Li2O2),并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91V。

  锂空气电池工作原理

  锂空气电池采用锂作为负极活性材料,采用多孔的气体扩散层电极作为正极材料,按电解质体系主要分为有机电解液体(非水性电解液体系)、水性电解液体系、混合电解液体系和全固态电解质体系。

  4Li+O2+2H2O→4LiOH(1-1)

  放电过程中Li、H2O和O2被消耗,在Li表面生成了一层保护膜而阻碍电化学反应的快速进行。在开路或低功率的状态下,Li的自放电率很高,并伴随着Li的腐蚀反应:

  Li+H2O→LiOH+1/2H2(1-2)

  在水系电解液中,金属Li极易和水反应,因此对锂离子隔膜的阻水性有很高要求,目前还没有商业化的产品。综合考虑实用性和安全性,水系锂空气电池并非最终实际应用的首选。

  锂空气电池未来会取代锂电池吗?

  有人说:如果说锂硫电池是替代锂离子电池的下一代锂电,那么锂空气电池将是锂电的最终形态。从锂电诞生到应用才短短的几十年,然而电池产业已经逐渐替代化石能源,成为人们生活中不可或缺的一部分。目前,锂离子电池备受人们的青睐,而锂空气电池被业界誉为终极电池。

  随着全球电动汽车市场需求的日益增长,锂电池的发展受到了严重的阻碍,其发展瓶颈主要在于:如何提升正极材料的充放电比容量,以满足高比能量、高充放电功率的要求;制备正极材料需要大批量地使用稀有过渡金属元素,如钴、镍等,而这些资源在地球上的储量有限,成本也不低。

  为了解决这些问题,进一步提高电池的能量密度,减轻电池重量,并减少重金属的使用,锂空气电池诞生了。

  锂空气电池虽然目前还在研发实验阶段,但是这类电池的储能量却是当前锂离子电池的10倍。由于它的质量更轻,也能够使得电动车的轻量化有质的提升。

  报道称,随着锂电池的出现,便携设备迅速普及,支持了IT革命的发展。锂电池性能不断提高,是支持汽车电动化的重要部件。但是,锂电池技术逐渐接近极限,而且还有易燃等缺点。锂空气电池是新一代技术的有力候选之一,可通过与空气中的氧气发生化学反应来进行发电。由于氧气可以无限量供应,理论上空气电池蓄电量可达锂电池的5至10倍。

  人们对电池越来越依赖,受到需求的推动,企业投入大量的时间和金钱开发锂电池替代产品。由于其理论比能量高,锂空气电池被认为是锂离子电池的潜在替代品。然而,迄今为止,这样的系统主要限于纯氧环境,并且由于涉及阴极、阳极和电解质的副反应而具有有限的循环寿命。

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