在同(tong)等重量(liang)下，鋰-空(kong)氣電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)可以提供更多電(dian)(dian)(dian)(dian)力，因此被廣泛(fan)應(ying)用(yong)于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)動汽車和(he)其他移(yi)動電(dian)(dian)(dian)(dian)子設(she)(she)(she)備。然而(er)，鋰-空(kong)氣電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)有(you)不少缺(que)點：發(fa)熱高(大(da)量(liang)化學(xue)能轉化成(cheng)了熱能而(er)沒有(you)提供給設(she)(she)(she)備)、壽命(ming)短、制作工(gong)藝昂貴而(er)復雜(向(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)內(nei)充(chong)放(fang)空(kong)氣需要價(jia)格昂貴的設(she)(she)(she)備，并(bing)且(qie)非常麻煩)。

近日，麻省理(li)(li)工學(xue)院核(he)工程教授李巨(ju)，博(bo)士后朱志(音譯(yi)，ZhiZhu)及其他五位工作于麻省理(li)(li)工、阿爾貢國家(jia)實驗室(shi)和北京大學(xue)的(de)作者(zhe)在《自然(ran)˙能源》期刊發文，報道(dao)了(le)一種(zhong)被稱(cheng)為“納米鋰(li)陰極”的(de)新技術(shu)，該技術(shu)可(ke)以用來制造性能和鋰(li)-空氣電(dian)池相仿的(de)封閉式鋰(li)電(dian)池，以克服上(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，你的鋰電池真的(de)有可能燒起(qi)來。”

把氣體關起來

傳統鋰(li)-空氣(qi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)放電(dian)(dian)時，利用(yong)空氣(qi)中(zhong)的(de)氧氣(qi)與(yu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)的(de)鋰(li)發生(sheng)化學反應。在充電(dian)(dian)時，鋰(li)氧化物中(zhong)的(de)氧又被釋放到大氣(qi)中(zhong)。

新的納米鋰(li)(li)陰極電池同樣利(li)用了氧(yang)元素和鋰(li)(li)的作用。區別在于(yu)，放(fang)(fang)電時，氧(yang)不會再以(yi)氣(qi)體(ti)形(xing)式釋(shi)放(fang)(fang)，而是被(bei)封(feng)閉(bi)在固體(ti)中(zhong)。具體(ti)來說，氧(yang)以(yi)三(san)種氧(yang)化還原態被(bei)封(feng)閉(bi)在三(san)種固體(ti)化合物中(zhong)——Li2O，Li2O2和LiO2，這三(san)種物質又被(bei)包繞在二(er)氧(yang)化鈷玻璃里。

這么(me)做的(de)(de)好處就(jiu)是，將納米(mi)鋰陰極電(dian)池將充(chong)放電(dian)時(shi)的(de)(de)電(dian)壓差降低(di)了(le)5倍(bei)——從1.2伏(fu)降至0.24伏(fu)，因(yin)此只有8%的(de)(de)能量在充(chong)電(dian)時(shi)以(yi)熱能形式損失(shi)。這意味(wei)著可以(yi)對汽車(che)電(dian)池以(yi)更快的(de)(de)速度充(chong)電(dian)而不必擔(dan)心過熱起火。

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。

新技術用二(er)氧化(hua)(hua)鈷玻璃把鋰(li)和(he)氧包裹在(zai)納米(mi)尺(chi)度的空間中(zhong)，科學家把這種結構(gou)稱為(wei)納米(mi)鋰(li)。這樣，LiO2，Li2O2，和(he)Li2O的變換就不(bu)會改變材料宏觀結構(gou)。此外(wai)，由(you)于納米(mi)鋰(li)顆(ke)粒(li)本身(shen)非常不(bu)穩定，而具(ju)有納米(mi)通(tong)道(dao)的二(er)氧化(hua)(hua)鈷玻璃能則(ze)正好夠穩定它們(men)。二(er)氧化(hua)(hua)鈷同時還在(zai)充放電(dian)中(zhong)扮演了催化(hua)(hua)劑的角色。

李巨表(biao)示，傳(chuan)統(tong)鋰(li)-空氣電池(chi)實際(ji)上只不過是(shi)鋰(li)-氧電池(chi)，因為空氣中(zhong)的(de)(de)水汽和二(er)氧化碳會跟鋰(li)發生副(fu)反(fan)應，因此(ci)鋰(li)-空氣電池(chi)使用起來必須配備(bei)龐大的(de)(de)輔(fu)助系統(tong)，以除去(qu)水汽和二(er)氧化碳，這(zhe)是(shi)個(ge)步(bu)非常困難(nan)的(de)(de)步(bu)驟。而新的(de)(de)固體鋰(li)電池(chi)已經沒(mei)有了這(zhe)個(ge)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連續充電(dian)15天，充電(dian)電(dian)量百(bai)倍于電(dian)池容量，但是電(dian)池毫發無損。

在充放電(dian)實驗中(zhong)，固體鋰電(dian)池(chi)充放電(dian)120次，容(rong)量(liang)只損失2%，這意味著遠(yuan)遠(yuan)超過(guo)了傳統(tong)鋰-空(kong)(kong)氣(qi)電(dian)池(chi)的壽命。由(you)于(yu)固體鋰電(dian)池(chi)無需輔助的空(kong)(kong)氣(qi)凈化系統(tong)，因此(ci)它(ta)能便捷地應用(yong)于(yu)電(dian)動汽車，甚至是電(dian)網級儲能站。

由于固(gu)態(tai)氧陰極比(bi)(bi)鋰(li)離子(zi)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)陰極輕得多(duo)，因此新的(de)(de)(de)固(gu)體鋰(li)電(dian)(dian)池可以比(bi)(bi)同等重量(liang)的(de)(de)(de)鋰(li)離子(zi)電(dian)(dian)池儲存多(duo)一倍的(de)(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)。隨著技術的(de)(de)(de)改(gai)進(jin)，新電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)還能再提高一倍。

新電池(chi)(chi)的(de)(de)(de)更大優勢在于(yu)它無(wu)需使(shi)用昂貴的(de)(de)(de)稀有(you)材料。該電池(chi)(chi)的(de)(de)(de)碳酸(suan)鹽電解質非常(chang)便宜(yi)。此外(wai)，二氧化鈷玻璃比納米鋰(li)顆(ke)粒輕50%。因此，與鋰(li)-空氣電池(chi)(chi)比較，新電池(chi)(chi)非常(chang)便宜(yi)，安全(quan)，且有(you)大規模應用的(de)(de)(de)潛力(li)。研(yan)究團(tuan)隊(dui)計劃(hua)1年內完成實用原(yuan)型的(de)(de)(de)制造。

未(wei)參加該項(xiang)目的(de)俄勒(le)岡州立大(da)學副教授季旭磊(音譯，XiuleiJi)表示，新型鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)技術的(de)性能相(xiang)比于傳統(tong)的(de)鋰(li)(li)-空氣(qi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)有重大(da)進步。超(chao)氧化物溶(rong)質(zhi)(zhi)在碳酸鹽電(dian)(dian)(dian)介質(zhi)(zhi)中工作得很好，完(wan)全無需氧氣(qi)的(de)介入。在充放(fang)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中，陰極材料都是固(gu)體，因此新電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)安裝和(he)使用很方便。