在(zai)同等重量下，鋰-空(kong)氣(qi)(qi)電(dian)(dian)池(chi)可以提供(gong)更多電(dian)(dian)力，因(yin)此被廣泛應用于電(dian)(dian)動汽車和其他移動電(dian)(dian)子設備(bei)。然而，鋰-空(kong)氣(qi)(qi)電(dian)(dian)池(chi)有不少(shao)缺點(dian)：發熱(re)高(大量化學能轉化成了熱(re)能而沒有提供(gong)給設備(bei))、壽命短、制作工藝昂貴而復雜(向電(dian)(dian)池(chi)內(nei)充放空(kong)氣(qi)(qi)需要價格昂貴的設備(bei)，并(bing)且非常麻煩)。

近(jin)日(ri)，麻(ma)省(sheng)理工(gong)(gong)學院(yuan)核工(gong)(gong)程教授李(li)巨(ju)，博士后朱志(音譯(yi)，ZhiZhu)及其他五位工(gong)(gong)作于麻(ma)省(sheng)理工(gong)(gong)、阿爾貢國家實驗室和北京大學的作者在《自(zi)然˙能(neng)源(yuan)》期(qi)刊發文，報道了一種被(bei)稱(cheng)為(wei)“納米鋰(li)陰極”的新技(ji)術，該技(ji)術可以用(yong)來制造(zao)性(xing)能(neng)和鋰(li)-空氣電池(chi)(chi)相仿的封閉式鋰(li)電池(chi)(chi)，以克服上述問題(ti)。

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)的有可(ke)能燒(shao)起來。”

把氣體關起來

傳統鋰-空(kong)(kong)氣(qi)電池(chi)放電時，利用空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)的氧(yang)氣(qi)與電池(chi)中(zhong)的鋰發生化學反應。在充電時，鋰氧(yang)化物中(zhong)的氧(yang)又被(bei)釋放到大(da)氣(qi)中(zhong)。

新的(de)納米鋰陰極電(dian)池同樣(yang)利用了氧(yang)元素和鋰的(de)作用。區別在(zai)于，放電(dian)時，氧(yang)不會再以氣體(ti)形式釋放，而是(shi)被(bei)封閉在(zai)固體(ti)中。具體(ti)來說，氧(yang)以三種(zhong)氧(yang)化還(huan)原態被(bei)封閉在(zai)三種(zhong)固體(ti)化合物(wu)中——Li2O，Li2O2和LiO2，這(zhe)三種(zhong)物(wu)質又被(bei)包繞在(zai)二(er)氧(yang)化鈷玻璃里。

這么做的(de)好處就(jiu)是(shi)，將納米鋰陰極電(dian)池將充(chong)放(fang)電(dian)時(shi)的(de)電(dian)壓差降低了(le)5倍——從1.2伏(fu)降至(zhi)0.24伏(fu)，因此只(zhi)有(you)8%的(de)能(neng)量在充(chong)電(dian)時(shi)以(yi)(yi)熱(re)能(neng)形(xing)式損失。這意味著可以(yi)(yi)對汽車電(dian)池以(yi)(yi)更快的(de)速度充(chong)電(dian)而不必擔(dan)心過熱(re)起火(huo)。

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。

新技術(shu)用(yong)二氧(yang)化鈷(gu)玻璃把鋰(li)和氧(yang)包裹在納米(mi)尺度的(de)空(kong)間中(zhong)，科(ke)學家把這種(zhong)結(jie)構(gou)稱(cheng)為納米(mi)鋰(li)。這樣，LiO2，Li2O2，和Li2O的(de)變換就不(bu)會(hui)改變材料(liao)宏觀(guan)結(jie)構(gou)。此(ci)外，由于納米(mi)鋰(li)顆粒(li)本身非常不(bu)穩定，而(er)具有納米(mi)通(tong)道的(de)二氧(yang)化鈷(gu)玻璃能(neng)則正(zheng)好夠穩定它們(men)。二氧(yang)化鈷(gu)同時還在充放電中(zhong)扮演了催化劑的(de)角色。

李巨表示，傳統鋰-空氣(qi)電(dian)池(chi)實際(ji)上只不過是鋰-氧電(dian)池(chi)，因為空氣(qi)中(zhong)的(de)水汽和二(er)氧化碳會跟(gen)鋰發(fa)生副反應，因此鋰-空氣(qi)電(dian)池(chi)使(shi)用起來必須(xu)配備(bei)龐大的(de)輔助(zhu)系統，以除(chu)去水汽和二(er)氧化碳，這(zhe)是個步非常困難(nan)的(de)步驟。而(er)新的(de)固(gu)體鋰電(dian)池(chi)已(yi)經(jing)沒有(you)了這(zhe)個問題。

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(zai)實驗(yan)中連(lian)續(xu)充(chong)(chong)電15天(tian)，充(chong)(chong)電電量百倍于電池容量，但是電池毫發(fa)無損。

在充(chong)(chong)放電(dian)(dian)實驗中(zhong)，固(gu)體鋰電(dian)(dian)池(chi)充(chong)(chong)放電(dian)(dian)120次，容量只損失2%，這(zhe)意味著遠(yuan)遠(yuan)超(chao)過(guo)了(le)傳統(tong)鋰-空(kong)氣電(dian)(dian)池(chi)的壽命。由于固(gu)體鋰電(dian)(dian)池(chi)無需輔助(zhu)的空(kong)氣凈化系統(tong)，因此它能便(bian)捷地(di)應(ying)用于電(dian)(dian)動汽車，甚至是電(dian)(dian)網級儲能站。

由(you)于固態氧陰極(ji)比(bi)鋰離子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)陰極(ji)輕得多，因此新(xin)的(de)(de)(de)(de)固體鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)可以比(bi)同等重量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)鋰離子(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲存多一(yi)倍的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)。隨(sui)著技術的(de)(de)(de)(de)改進(jin)，新(xin)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)還能再提(ti)高一(yi)倍。

新電池(chi)(chi)的(de)(de)更大(da)優(you)勢在于它無(wu)需使用(yong)(yong)昂貴的(de)(de)稀有(you)材(cai)料(liao)。該電池(chi)(chi)的(de)(de)碳酸鹽電解(jie)質非常便宜。此外，二(er)氧(yang)化鈷玻璃比納米鋰(li)顆粒(li)輕(qing)50%。因(yin)此，與鋰(li)-空氣電池(chi)(chi)比較(jiao)，新電池(chi)(chi)非常便宜，安全，且(qie)有(you)大(da)規模(mo)應用(yong)(yong)的(de)(de)潛力(li)。研究團隊計劃(hua)1年內完成實用(yong)(yong)原(yuan)型的(de)(de)制造。

未參加該項目(mu)的(de)俄(e)勒岡(gang)州(zhou)立大學(xue)副教授季旭磊(音譯，XiuleiJi)表示，新型鋰(li)電池技(ji)術的(de)性能(neng)相(xiang)比于傳統的(de)鋰(li)-空氣電池有(you)重大進(jin)步。超氧化物溶(rong)質(zhi)(zhi)在(zai)碳酸鹽電介質(zhi)(zhi)中工作得很(hen)好(hao)，完全(quan)無需(xu)氧氣的(de)介入。在(zai)充放電過程中，陰極材料都(dou)是固體，因此新電池的(de)安裝和使用很(hen)方便。