新型锂空气电池技术解析

文章摘要：电极反应表： 在充电时，负极通过电源导线得到电子，锂离子（Li+）由正极的水性电解液穿过中间的固体电解质到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属锂。正极反应生成氧，产生的电子供应给导线。此外，正极的水性电解液使用碱性水溶性凝胶，与由微细化碳和廉价氧化物催化剂形成的正极组合，因此相比以前使用锂氧化钴正极的成本更低。而且锂空气电池还配置了充电专用的正极，可防止充电时空气极发生腐蚀和劣化。3.优势高达100倍新型锂空气电池在空气中以0.1A/g的放电率进行放电时，放电能约为9000mAh/g。以前的锂空气电池的放电能仅为700～3000mAh/g，可以说实现了能的大幅增加。另外，充电能也达到约960

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　　电极反应表：
 
　　在充电时，负极通过电源导线得到电子，锂离子（Li+）由正极的水性电解液穿过中间的固体电解质到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属锂。正极反应生成氧，产生的电子供应给导线。此外，正极的水性电解液使用碱性水溶性凝胶，与由微细化碳和廉价氧化物催化剂形成的正极组合，因此相比以前使用锂氧化钴正极的成本更低。而且锂空气电池还配置了充电专用的正极，可防止充电时空气极发生腐蚀和劣化。
3.优势高达100倍
　　新型锂空气电池在空气中以0.1A/g的放电率进行放电时，放电能约为9000mAh/g。以前的锂空气电池的放电能仅为700～3000mAh/g，可以说实现了能的大幅增加。另外，充电能也达到约9600mAh/g。如果使用水溶液取代水溶性凝胶，便可在空气中连续放电20天，其放电能约为50000mAh/g，比原来约高10倍。由于锂空气电池的能量原本就比锂离子电池约高10倍，因此使用新技术后共比锂离子电池约高100倍。尽管水溶液性能较高，但凝胶的易用性更为出色，今后使用哪种材料就要厂家根据需要进行开发。
　　新结构的锂空气电池还在考虑与传统电池不同的使用方法，如果锂空气电池没电了也可以不必进行充电，只需要通过更换正极的水性电解液，以卡盒等方式补给负极的金属锂，就可以连续使用。基于这种新技术，笔记本、电动汽车便可无需充电等待时间，立即使用或行驶。而且通过回收用过的水性电解液中空气极生成的氢氧化锂，以化学反应的方式很容易重新生成金属锂，还可实现锂的反复使用，可以说这是一种以金属锂作为消耗物质的新型电池，理论上30kg金属锂释放的能量与40L汽油释放的能量基本相同。
 
锂空气电池工作原理示意图

电池中的锂可以循环使用

为手机电池盒更换电解液
能源战略之路
　　就如同开始我们提到电池技术的重要性一样，它已经上升到一个国家能源战略方案的高度。在日本，开发锂空气电池技术的主要是大学、技术研究所等。虽然企业还不是主角，不过，有众多汽车厂商与这些研究机构进行了合作，其中，丰田汽车就已经与大学展开共同研究。三菱汽车和富士重工同样也在关注这项未来应用在电动汽车上的电池技术，并有相关的试验研究。东芝将在2010年实现手机用小型电池的实用化，由于手机市场规模巨大，因而更便于其他厂商涉足该领域，也就更容易推动小型锂空气电池的普及。
　　在美国，由于IBM在材料科学、纳米科技、化学以及超级计算机方面深具经验，因此它在新电池的开发上具有很大优势。IBM计划利用纳米隔膜开发水纯净系统，以便将空气中的氧气与水等物质隔离开来。纳米结构方面的经验还可以让它将电池中的氧分配到每个电池单元中去，以便防止堵塞。现有的超级计算机则可以进行建模方面的研究，使单个离子能够通过电池中的纳米隔膜。IBM还建立了电池技术联盟，该联盟包括了美国五大国家实验室以及一批大学，大约300名顶级科学家和电池专家参与研究。
　　在英国，苏格兰圣安德鲁斯大学的研究小组正朝着制作适合手机和MP3使用的新型电池技术方向努力，彼得·布鲁斯教授表示：“我们的突破在于把空气中的氧气当成反应物，而不是需要在电池内部将化学物移来移去。不仅这一过程没有消耗成本，而且这其中的碳组成部分比现有电池技术更为廉价。”英国巴斯大学的塞夫尔·伊斯兰教授也认为这项技术“前途无量”，新型锂电池的进步，对于道路交通的电气化来说意义重大，它可以帮助减少二氧化碳排放，而且对于下一代便携式电子设备也意义非凡。

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