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美MIT团队开发新型封闭式锂空气电池

??发布日期:2016-8-12

美国麻省理工学院MIT开发了一款新型锂空气电池电池设计,能够解决目前锂空气电池复杂、低效和寿命低不实际的缺陷,保持传统锂离子电池的高效节能优点。有望生产适用于个人电子产品至快速充电电动汽车的低成本高效能电池。

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,相比传统电池的密闭设计具有"开放性"特点,因为需要空气中的氧气进行气态-固态转换携带锂离子存储电荷,但是这也产生了三大问题:1、需要滤除空气的水分和二氧化碳增加复杂度;2、3.7V充电电压和2.5V放电电压差意味着在充电过程中32%的能量以热量损耗;3、持续的氧气固态-气态转换对电池的材料和结构要求很高,容易导致过早失效寿命很短。

MIT的李巨教授及其团队成功地通过开发一种新型的更实用的锂空气电池阴极设计,来规避了这些缺陷。在新型电池设计中,封闭的电池中氧保持全时固态的形式,固态氧携带锂离子时将形成一种类似玻璃的材质,这些分子被依次包裹进氧化钴基质中形成被研究者称为纳米锂氧(nanolithia),李巨表示,在这种形态下,氧化锂、过氧化锂以及超氧化锂的转换可以完全以固态形式发生。

由于通常状态下,纳米锂氧非常不稳定,所以研究人员将它们放入了氧化钴的矩阵之中。氧化钴矩阵其实是一种类似海绵状的物质,每隔几纳米就有一个气孔。氧化钴矩阵一方面可以稳定住纳米锂氧,另一方面,还可以充当化学反应的催化剂。

并可在三种氧化还原状态中直接切换,产生三种不同的固体化合物——氧化锂Li2O、过氧化锂Li2O2以及超氧化锂LiO2,这三种化合物以玻璃形态混合在一起。这样的话,电压损耗情况可以改善5倍以上,从1.2伏减为0.24伏,所以,仅有8%的电能被转换成了热量。李巨表示:"这意味着汽车可以快速充电,因此电池组发烫的情况会解决,不再构成安全隐患,而且电池的能源效率得到了保障。"

此外,新电池还解决了锂空气电池的另一大问题。由于在充电与放电过程中,化学反应使氧以气态以及固态的形式存在,当氧经历巨大的体积变化时,这会扰乱电池内部的电传导路径,严重损害了电池的寿命。 

原标题:美MIT团队开发新型封闭式锂空气电池

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