新設計生產出真正的鋰空氣電池

伊利諾伊大學芝加哥分校和阿貢國家實驗室的研究人員設計了一種新的鋰空氣電池，該電池可在自然空氣環境中工作，并且在破紀錄的750次充電/放電循環后仍可正常工作。他們的發現發表在《自然》雜志上。

機械和工業工程學助理教授，論文的同時通訊作者阿敏·薩利希·霍金說：“我們的鋰空氣電池設計代表了電池界的一場革命。” “這是對真正的鋰空氣電池的首次展示，是邁向我們所謂的'超越鋰離子'電池的重要一步，但要使它商業化，我們還有更多工作要做。”

多年來，鋰空氣電池一直被認為可以比為我們的手機，筆記本電腦和電動汽車供電的鋰離子電池多五倍的能量，它一直吸引著電池研究人員。但是，一些障礙困擾著它們的發展。

電池將通過將陽極中存在的鋰與空氣中的氧氣混合以在放電階段在陰極上產生過氧化鋰的方式工作。過氧化鋰在充電階段會分解成鋰和氧成分。

不幸的是，由于鋰陽極的氧化以及由于鋰離子與二氧化碳和水蒸氣結合而在陰極上產生的不良副產物，這種鋰空氣電池的實驗設計無法在真正的自然空氣環境中運行。在空中。這些副產物使陰極膠粘，最終使陰極完全被覆蓋且無法起作用。這些實驗電池依賴于純氧氣罐，這限制了它們的實用性，并且由于氧氣的可燃性而構成嚴重的安全隱患。

“其他一些人試圖制造鋰空氣電池，但由于循環壽命差而失敗了，”共同主要作者，阿貢國家杰出研究員拉里·柯蒂斯說。

UIC-Argonne研究團隊通過使用陽極，陰極和電解質(任何電池的三個主要成分)的獨特組合來克服這些挑戰，以防止陽極氧化和在陰極上形成殺死電池的副產物，并使電池能夠在自然的空氣環境。

他們在鋰陽極上覆蓋了一層碳酸鋰薄層，該薄層可以選擇性地允許來自陽極的鋰離子進入電解質，同時防止不需要的化合物到達陽極。

在鋰空氣電池中，陰極只是空氣進入電池的地方。在鋰空氣電池的實驗設計中，氧氣與構成空氣的所有其他氣體一起通過碳基海綿狀晶格結構進入電解質。

Salehi-Khojin和他的同事用二硫化鉬催化劑涂覆了晶格結構，并使用了由離子液體和二甲基亞砜(一種電池電解質的常見成分)制成的獨特混合電解質，有助于促進鋰-氧反應，使鋰與其他元素的反應最小化空氣中，提高電池效率。

Salehi-Khojin說：“我們通過重新設計電池的每個部分來進行完整的架構檢修，幫助我們實現了我們想發生的反應，并防止或阻止了那些最終導致電池失效的反應。”

UIC團隊構建，測試，分析并表征了電池。Argonne研究小組與UIC和加利福尼亞州立大學的同事一起進行了計算分析。