在同等重量下，鋰(li)-空(kong)氣(qi)電池可以提供(gong)(gong)更多電力，因此被廣(guang)泛應用(yong)于電動(dong)汽車和其他移動(dong)電子(zi)設(she)備(bei)。然而(er)(er)，鋰(li)-空(kong)氣(qi)電池有不少缺點：發熱高(大(da)量化學(xue)能轉(zhuan)化成了熱能而(er)(er)沒有提供(gong)(gong)給設(she)備(bei))、壽命短、制(zhi)作(zuo)工藝昂(ang)貴而(er)(er)復雜(向電池內充(chong)放空(kong)氣(qi)需要價格昂(ang)貴的設(she)備(bei)，并(bing)且非常麻煩)。

近日，麻省(sheng)理工(gong)學(xue)院(yuan)核工(gong)程(cheng)教授李巨，博士后朱志(音(yin)譯，ZhiZhu)及其他(ta)五位工(gong)作(zuo)于麻省(sheng)理工(gong)、阿(a)爾貢國家實驗室和(he)北京大學(xue)的(de)(de)作(zuo)者在(zai)《自然˙能源》期刊發文，報(bao)道了一種被(bei)稱為“納米鋰(li)陰極(ji)”的(de)(de)新(xin)技(ji)術，該技(ji)術可以用來制造性能和(he)鋰(li)-空氣(qi)電池(chi)相仿(fang)的(de)(de)封閉式鋰(li)電池(chi)，以克(ke)服(fu)上(shang)述(shu)問題。

李巨表示，鋰-空氣電池的弱點之一是充電和放電電壓不等，放電電壓比充電電壓低1.2伏，因此每次充電過程中，以熱能形式損失的能量高達30%。“如果你充電太快，你的鋰電池真(zhen)的有(you)可能燒起來。”

把氣體關起來

傳統鋰(li)-空氣電池放電時，利用(yong)空氣中的氧(yang)氣與電池中的鋰(li)發生化學反應。在充電時，鋰(li)氧(yang)化物(wu)中的氧(yang)又被釋放到大(da)氣中。

新的納米鋰陰(yin)極電池同樣利用(yong)了氧(yang)(yang)元素和(he)鋰的作用(yong)。區別(bie)在(zai)于，放電時，氧(yang)(yang)不會再以(yi)氣體形式釋放，而(er)是被封閉(bi)在(zai)固體中。具(ju)體來說，氧(yang)(yang)以(yi)三(san)種氧(yang)(yang)化還(huan)原(yuan)態被封閉(bi)在(zai)三(san)種固體化合物中——Li2O，Li2O2和(he)LiO2，這三(san)種物質又被包繞在(zai)二氧(yang)(yang)化鈷玻璃里(li)。

這么做的(de)好處就是，將納(na)米鋰陰極電(dian)(dian)池將充放(fang)電(dian)(dian)時(shi)的(de)電(dian)(dian)壓差降低了5倍——從1.2伏降至0.24伏，因此只有8%的(de)能(neng)量在充電(dian)(dian)時(shi)以(yi)(yi)熱能(neng)形式(shi)損失。這意味著可(ke)以(yi)(yi)對(dui)汽車電(dian)(dian)池以(yi)(yi)更快的(de)速度充電(dian)(dian)而不必擔心過熱起(qi)火。

鋰-空氣電池的第二項缺點是：以氣體形式釋放的氧會破壞電池中的離子通道，因此降低了鋰電池的壽命。

新(xin)技術(shu)用二氧化(hua)鈷(gu)玻璃把鋰(li)和(he)氧包裹在(zai)納(na)米尺度的空間中(zhong)，科學家(jia)把這種結構稱為納(na)米鋰(li)。這樣，LiO2，Li2O2，和(he)Li2O的變換就(jiu)不(bu)會(hui)改變材料宏觀結構。此外，由于納(na)米鋰(li)顆粒本(ben)身非常不(bu)穩定，而具有納(na)米通(tong)道的二氧化(hua)鈷(gu)玻璃能則正好夠(gou)穩定它們。二氧化(hua)鈷(gu)同時還在(zai)充放電(dian)中(zhong)扮演(yan)了(le)催化(hua)劑的角色。

李巨表(biao)示，傳統鋰(li)-空氣電池(chi)實(shi)際(ji)上(shang)只(zhi)不(bu)過(guo)是(shi)鋰(li)-氧電池(chi)，因為空氣中的(de)水(shui)汽和二(er)氧化(hua)碳(tan)會跟鋰(li)發生副反應，因此鋰(li)-空氣電池(chi)使用起來必(bi)須配備龐大的(de)輔助系(xi)統，以除去水(shui)汽和二(er)氧化(hua)碳(tan)，這是(shi)個步非(fei)常困難(nan)的(de)步驟。而新的(de)固(gu)體(ti)鋰(li)電池(chi)已經(jing)沒有了這個問(wen)題。

自帶防過充功能

新的固體鋰電池還自帶防過充電功能，因為電池中的化學反應會通過負反饋自我調節，當電充滿時，反應自動停止。傳統電池若過充電，將對電池造成不可逆地損害，甚至爆炸。但是固體鋰電池在實驗中(zhong)連續充電(dian)(dian)15天，充電(dian)(dian)電(dian)(dian)量(liang)百倍(bei)于電(dian)(dian)池容量(liang)，但是電(dian)(dian)池毫(hao)發(fa)無(wu)損。

在(zai)充放(fang)電(dian)(dian)實驗中，固體鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)充放(fang)電(dian)(dian)120次，容量只損失2%，這意味著遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)超過(guo)了傳(chuan)統鋰(li)-空氣電(dian)(dian)池(chi)的壽命。由于固體鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)無(wu)需(xu)輔(fu)助(zhu)的空氣凈化系統，因此它能便捷(jie)地(di)應(ying)用(yong)于電(dian)(dian)動汽(qi)車(che)，甚至(zhi)是(shi)電(dian)(dian)網級(ji)儲能站(zhan)。

由(you)于(yu)固(gu)態氧陰極(ji)比鋰離子電(dian)(dian)池的(de)(de)陰極(ji)輕得多(duo)，因此新的(de)(de)固(gu)體(ti)鋰電(dian)(dian)池可以比同等重(zhong)量(liang)(liang)的(de)(de)鋰離子電(dian)(dian)池儲存多(duo)一倍(bei)的(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)(liang)。隨著(zhu)技術的(de)(de)改進(jin)，新電(dian)(dian)池的(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)(liang)還能再提(ti)高一倍(bei)。

新(xin)電(dian)池(chi)(chi)的更(geng)大(da)優勢在于它(ta)無需使用(yong)昂貴的稀有材(cai)料。該電(dian)池(chi)(chi)的碳酸(suan)鹽(yan)電(dian)解質非常(chang)便(bian)宜(yi)。此外(wai)，二氧化(hua)鈷玻璃比納米鋰顆(ke)粒(li)輕50%。因此，與鋰-空(kong)氣電(dian)池(chi)(chi)比較，新(xin)電(dian)池(chi)(chi)非常(chang)便(bian)宜(yi)，安(an)全，且有大(da)規模應用(yong)的潛力。研(yan)究(jiu)團(tuan)隊計劃(hua)1年內(nei)完成實用(yong)原(yuan)型的制造。

未(wei)參加(jia)該項目的(de)俄勒岡(gang)州立(li)大學副(fu)教(jiao)授季旭磊(lei)(音譯，XiuleiJi)表示，新型鋰電(dian)(dian)池技術的(de)性能相比(bi)于傳統的(de)鋰-空(kong)氣電(dian)(dian)池有重大進步(bu)。超氧(yang)化(hua)物溶質在碳酸鹽電(dian)(dian)介(jie)質中工作(zuo)得很好，完(wan)全無需氧(yang)氣的(de)介(jie)入。在充放電(dian)(dian)過程中，陰極(ji)材料都(dou)是(shi)固(gu)體，因(yin)此(ci)新電(dian)(dian)池的(de)安裝和使用很方便(bian)。