鋰空氣電池研究再取得突破,庫倫效率接近 100%

作者 | 發布日期 2018 年 08 月 24 日 12:11 | 分類 尖端科技 , 材料 , 零組件 follow us in feedly

加拿大滑鐵盧大學研究人員解決了鋰空氣電池兩個最具挑戰的問題,不只首度實現四電子轉換,也讓鋰空氣電池儲能增加 50%。



鋰空氣電池(Lithium–air battery)以超高理論能量密度和相對輕巧的重量博得科學家青睞,鋰空氣電池陽極(負極)採用金屬鋰,陰極(正極)材料則是空氣中重量幾乎可不計的氧。

而鋰離子電池的陽極通常為石墨,陰極為鋰化合物,為了讓鋰離子在移動時可以安穩嵌入陰極,需要打造一個更大更重的結構去「收納」鋰離子,也因此電池容量有限,讓鋰離子電池的能量密度一直過不去門檻。

但鋰空氣電池的理論能量密度卻能遠遠超過其他電池,比現有鋰離子電池高 5~10 倍,接近汽油的能量密度,也就是說,如果鋰空氣電池有一天成功商業化,電動車將擁有媲美汽油車的續航里程。

有科學家也將鋰空氣電池稱為鋰氧電池(lithium-oxygen battery),與鋰硫電池(Lithium sulfur battery)並列新興應用的首選高能可充電電池,一篇發表於 2017 年英國化學學會《再生能源與燃料》期刊的論文表示,鋰硫電池已被引入能量儲存市場,而鋰氧電池的實用原型已開發出來,兩種電池都在迅速發展當中。

但是鋰空氣電池有兩大嚴重缺點,第一個是電化學過程中形成的中間體(intermediate):超氧化鋰(LiO2)和過氧化鋰(Li2O2)會從內部降解電池;第二個是超氧化物在該過程中會消耗有機電解質,極大限制了電池循環週期壽命。

滑鐵盧大學化學系教授 Linda Nazar 團隊因此決定將有機電解質換成更穩定的無機熔鹽,多孔碳陰極則換成二功能金屬氧化物觸媒,接著在 150℃ 環境下實驗,發現中間體改形成較穩定的氧化鋰(Li 2 O)而不是過氧化鋰,這使得電池高度可逆,庫倫效率(Coulombic Efficiency)接近 100%。此外,電池能保持優異充電特性,實現四電子轉移,進而可以多儲存 50% 能量。

但這款鋰空氣電池在實際應用前還有很長一段路要走,因為我們必須在電動車中將電池加熱到 150℃ 它才能工作,麻省理工學院能源材料研究員 Yang Shao-Horn 在同期期刊評論中指出,這款鋰空氣電池也許可以作為飛機、潛艇的緊湊型動力源。

研究發表在《科學》期刊。

(首圖來源:shutterstock)