日本研究人員成功地制造了一種性能明顯高于現(xiàn)有鋰離子電池的設備。
研究人員已經(jīng)在一種新型電池的能量密度和循環(huán)周期性能方面取得新的突破，這種電池有朝一日可能取代鋰離子電池設備。
日本國立材料研究所（NIMS）的研究人員與軟銀集團（SoftBank Corp.）合作，研發(fā)一種能量密度超過500Wh/kg的鋰空氣電池，這種鋰空氣電池可以在室溫環(huán)境下充放電。
研究人員說，研發(fā)的鋰空氣電池能量密度明顯高出目前使用的鋰離子電池，鋰空氣電池的制造為更廣泛、甚至商業(yè)化應用奠下基石。
發(fā)揮其潛力
盡管科學家早就知道鋰空氣電池在用作可充電電池方面具有很大潛力，但這種潛力大多都是理論上的。
然而，研究人員在雜志《Materials Horizons》中發(fā)表的論文摘要中了解到，傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度正開始達到其極限，以滿足電動汽車和無人駕駛飛行器等先進儲能設備的要求，這些設備白天緩慢充電，夜間放電。
NIMS高級研究員Shoichi Matsuda帶領研究團隊，和許多其他人一起探討鋰離子電池設計的代替品。
研究人員寫道：“鋰空氣電池（LABs）的能量密度是鋰離子電池的能量密度2至5倍，是上述應用領域下一代可充電電池的潛在候選產(chǎn)品。”
研究人員指出，事實上，僅有少數(shù)高能量密度的鋰空氣電池被制造并開發(fā)出來，主要是因為鋰空氣電池往往包含大量非活性元件（例如，隔膜和電解質），盡管這些非活性元件不參與化學反應，但會使其的重量下降。
（a）日本NIMS與軟銀集團共同合作研發(fā)鋰空氣電池的新材料；（b）NIMS-SoftBank先進技術發(fā)展中心研發(fā)的電池制造技術；（c）能量密度超過500Wh/kg的鋰空氣電池在室溫環(huán)境下可穩(wěn)定充放電循環(huán)。
可能的解決方案
Matsuda研發(fā)團隊在NIMS-SoftBank先進技術發(fā)展中心研發(fā)材料，以改善鋰空氣電池的性能，從而實現(xiàn)其高能量密度的潛力。他們還開發(fā)了一種技術來制造這些設備，用于各種應用。
典型的鋰空氣電池是由鋰金屬箔、隔膜、鋰離子導電非水電解質、多孔碳電極以及氣體擴散層組成的。
研究人員在論文中解釋：“在放電過程中，鋰金屬的溶解在負極進行。產(chǎn)生的電子通過外部電路到正極，用于還原大氣中的氧氣，形成不溶性的過氧化鋰（Li2O2）作為放電產(chǎn)物。”
在研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，以前，設備無法實現(xiàn)其超過300 Wh/kg的高能量密度的潛力，因為電池含有過量的電解質和/或電池在相對較小的面積容量條件下運行。
他們在論文中透露，為了制造電池器件，研究人員在控制電解質和設備的面積容量方面取得了平衡。
研究人員說，研究團隊現(xiàn)在正研發(fā)高性能電池材料，并計劃將高性能電池材料整合到新研發(fā)的鋰空氣電池中，以進一步改善電池循環(huán)壽命。他們的目標是實現(xiàn)電池在 NIMS-SoftBank先進技術發(fā)展中心投入實際使用，以加快電池商業(yè)化的可行性。
中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳
