在同(tong)等重量(liang)下，鋰(li)-空(kong)(kong)氣(qi)電(dian)(dian)池(chi)可以提供更多(duo)電(dian)(dian)力，因此被廣泛應用于電(dian)(dian)動汽車和其他移動電(dian)(dian)子(zi)設(she)備(bei)。然而，鋰(li)-空(kong)(kong)氣(qi)電(dian)(dian)池(chi)有不少(shao)缺點(dian)：發熱高(大量(liang)化學(xue)能(neng)轉化成了熱能(neng)而沒(mei)有提供給(gei)設(she)備(bei))、壽(shou)命短、制(zhi)作(zuo)工(gong)藝昂(ang)貴(gui)而復雜(za)(向(xiang)電(dian)(dian)池(chi)內充放(fang)空(kong)(kong)氣(qi)需要(yao)價格昂(ang)貴(gui)的設(she)備(bei)，并(bing)且非(fei)常(chang)麻(ma)煩(fan))。

近日，麻(ma)省理(li)工(gong)(gong)學(xue)院核工(gong)(gong)程教授李(li)巨，博士(shi)后(hou)朱志(音譯，ZhiZhu)及其(qi)他(ta)五位工(gong)(gong)作(zuo)于麻(ma)省理(li)工(gong)(gong)、阿爾(er)貢國家實驗室和(he)北京大學(xue)的(de)(de)作(zuo)者在《自然˙能源》期刊(kan)發文，報道(dao)了一種被稱為“納米鋰陰(yin)極”的(de)(de)新(xin)技術(shu)，該技術(shu)可以用來制造性(xing)能和(he)鋰-空(kong)氣電池相仿的(de)(de)封閉式鋰電池，以克服(fu)上述問(wen)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)的有可能燒起來。”

把氣體關起來

傳統鋰-空氣電池放(fang)電時，利用空氣中(zhong)的(de)氧(yang)氣與電池中(zhong)的(de)鋰發生化(hua)學反(fan)應(ying)。在(zai)充電時，鋰氧(yang)化(hua)物中(zhong)的(de)氧(yang)又(you)被釋(shi)放(fang)到大氣中(zhong)。

新的(de)納米鋰(li)陰極(ji)電池同樣利用了氧(yang)(yang)元素(su)和鋰(li)的(de)作用。區別在(zai)(zai)于，放電時，氧(yang)(yang)不(bu)會再以氣體(ti)形(xing)式釋放，而是被(bei)封(feng)閉(bi)(bi)在(zai)(zai)固體(ti)中。具體(ti)來(lai)說，氧(yang)(yang)以三(san)(san)種(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)還原態被(bei)封(feng)閉(bi)(bi)在(zai)(zai)三(san)(san)種(zhong)(zhong)固體(ti)化(hua)合物中——Li2O，Li2O2和LiO2，這三(san)(san)種(zhong)(zhong)物質又(you)被(bei)包(bao)繞(rao)在(zai)(zai)二氧(yang)(yang)化(hua)鈷玻璃里。

這么做(zuo)的好處就是(shi)，將(jiang)納米(mi)鋰陰極電池(chi)將(jiang)充放電時(shi)(shi)的電壓差(cha)降(jiang)低了5倍——從1.2伏(fu)降(jiang)至0.24伏(fu)，因此只有8%的能量在充電時(shi)(shi)以熱能形式損(sun)失。這意味(wei)著(zhu)可以對(dui)汽車(che)電池(chi)以更快的速度充電而不必擔(dan)心過(guo)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(ji)術用二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈷(gu)玻璃把鋰(li)和(he)氧(yang)(yang)包裹在納(na)米尺(chi)度的空間中(zhong)，科學家把這種(zhong)結構(gou)稱為納(na)米鋰(li)。這樣，LiO2，Li2O2，和(he)Li2O的變換(huan)就不會(hui)改變材料宏觀結構(gou)。此外，由于納(na)米鋰(li)顆粒本身非常不穩(wen)定(ding)，而具(ju)有納(na)米通道的二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈷(gu)玻璃能(neng)則正(zheng)好夠(gou)穩(wen)定(ding)它們(men)。二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈷(gu)同時還(huan)在充放電中(zhong)扮演了催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的角色(se)。

李巨表示，傳統鋰(li)-空(kong)氣電池實(shi)際(ji)上只不過是鋰(li)-氧(yang)電池，因(yin)為空(kong)氣中的水(shui)汽和(he)二氧(yang)化(hua)碳會跟鋰(li)發生副反(fan)應(ying)，因(yin)此(ci)鋰(li)-空(kong)氣電池使用起(qi)來必須配備龐(pang)大的輔助(zhu)系統，以除去(qu)水(shui)汽和(he)二氧(yang)化(hua)碳，這(zhe)是個步非常困難的步驟。而新(xin)的固體(ti)鋰(li)電池已經沒有(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。但是固體鋰電池在實驗中連續(xu)充電(dian)(dian)15天，充電(dian)(dian)電(dian)(dian)量百倍于電(dian)(dian)池容量，但是電(dian)(dian)池毫(hao)發無損(sun)。

在充放電實(shi)驗中，固體鋰(li)電池(chi)充放電120次，容量只損失2%，這(zhe)意味著(zhu)遠(yuan)遠(yuan)超過(guo)了(le)傳統鋰(li)-空(kong)氣電池(chi)的壽命。由于(yu)固體鋰(li)電池(chi)無需輔助的空(kong)氣凈化系統，因此(ci)它能便捷地應用于(yu)電動汽車(che)，甚(shen)至(zhi)是電網級儲能站。

由于固(gu)態氧陰極(ji)比鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的陰極(ji)輕得多，因此新的固(gu)體鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)可以比同(tong)等重量的鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)儲存多一倍(bei)(bei)的電(dian)(dian)(dian)量。隨著技術(shu)的改進，新電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的電(dian)(dian)(dian)量還能再提高一倍(bei)(bei)。

新(xin)電(dian)池的(de)更大優勢在于(yu)它無需使用(yong)昂貴的(de)稀有材料。該電(dian)池的(de)碳酸(suan)鹽電(dian)解質非常便宜。此外，二氧化(hua)鈷玻璃比納(na)米鋰(li)顆(ke)粒輕(qing)50%。因此，與(yu)鋰(li)-空氣電(dian)池比較，新(xin)電(dian)池非常便宜，安全，且有大規模應用(yong)的(de)潛力(li)。研究團(tuan)隊(dui)計劃1年內完成實(shi)用(yong)原型(xing)的(de)制造。

未參(can)加該項目的(de)(de)俄勒岡州立大學副(fu)教授季旭(xu)磊(音譯，XiuleiJi)表示(shi)，新型鋰電(dian)池技術的(de)(de)性能相比于傳統的(de)(de)鋰-空(kong)氣電(dian)池有重大進(jin)步。超氧化物溶(rong)質在碳酸(suan)鹽(yan)電(dian)介質中工作(zuo)得很好，完(wan)全無需氧氣的(de)(de)介入。在充(chong)放電(dian)過程(cheng)中，陰(yin)極(ji)材料都是固體，因此新電(dian)池的(de)(de)安裝和使用很方便。