在同(tong)等重量(liang)下，鋰-空(kong)(kong)氣(qi)電池(chi)可以提(ti)供更多電力，因此被廣(guang)泛(fan)應用于(yu)電動(dong)汽車(che)和其他移(yi)動(dong)電子設備(bei)。然而，鋰-空(kong)(kong)氣(qi)電池(chi)有(you)不少缺點：發熱高(大量(liang)化學能轉化成了熱能而沒(mei)有(you)提(ti)供給(gei)設備(bei))、壽命短、制作工藝昂(ang)貴(gui)而復雜(向電池(chi)內充放空(kong)(kong)氣(qi)需要(yao)價格昂(ang)貴(gui)的設備(bei)，并且(qie)非常麻煩)。

近日，麻(ma)省(sheng)理工(gong)(gong)(gong)學院核工(gong)(gong)(gong)程教授李巨，博士后朱志(音譯，ZhiZhu)及其他五(wu)位工(gong)(gong)(gong)作(zuo)于麻(ma)省(sheng)理工(gong)(gong)(gong)、阿爾貢國家實驗室和北京大學的(de)作(zuo)者在《自然˙能源》期刊(kan)發文，報道了一種(zhong)被(bei)稱為“納米鋰(li)陰極”的(de)新(xin)技(ji)術，該技(ji)術可(ke)以用來制造性能和鋰(li)-空氣(qi)電池相仿的(de)封閉(bi)式鋰(li)電池，以克服上述問題。

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(ke)能(neng)燒起來。”

把氣體關起來

傳(chuan)統鋰-空氣(qi)電池(chi)(chi)放(fang)電時，利用空氣(qi)中的(de)氧氣(qi)與電池(chi)(chi)中的(de)鋰發生化學反應。在充電時，鋰氧化物(wu)中的(de)氧又被釋放(fang)到大氣(qi)中。

新的納米鋰陰極(ji)電池同樣利(li)用了氧(yang)元素和鋰的作用。區別在于，放電時，氧(yang)不會(hui)再以(yi)氣體(ti)形式釋(shi)放，而是被封閉(bi)在固體(ti)中。具體(ti)來說，氧(yang)以(yi)三種氧(yang)化(hua)(hua)還(huan)原態(tai)被封閉(bi)在三種固體(ti)化(hua)(hua)合物中——Li2O，Li2O2和LiO2，這(zhe)三種物質又被包繞在二氧(yang)化(hua)(hua)鈷玻璃里。

這么(me)做(zuo)的好處就(jiu)是，將納(na)米鋰陰極電(dian)(dian)池(chi)將充放電(dian)(dian)時(shi)的電(dian)(dian)壓差降(jiang)低(di)了5倍——從1.2伏降(jiang)至(zhi)0.24伏，因(yin)此只有8%的能(neng)量在充電(dian)(dian)時(shi)以熱(re)能(neng)形式損失。這意味著可以對汽車電(dian)(dian)池(chi)以更快的速度充電(dian)(dian)而不(bu)必擔心(xin)過熱(re)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(shu)用二(er)氧(yang)(yang)化鈷(gu)(gu)玻(bo)璃把鋰(li)和氧(yang)(yang)包裹在納(na)米(mi)尺度的空間中，科(ke)學家(jia)把這種結構(gou)稱為納(na)米(mi)鋰(li)。這樣，LiO2，Li2O2，和Li2O的變換就不(bu)會改變材料宏觀結構(gou)。此外，由于納(na)米(mi)鋰(li)顆(ke)粒本身非常不(bu)穩(wen)定，而具有納(na)米(mi)通(tong)道(dao)的二(er)氧(yang)(yang)化鈷(gu)(gu)玻(bo)璃能(neng)則(ze)正好夠穩(wen)定它們。二(er)氧(yang)(yang)化鈷(gu)(gu)同時(shi)還在充放電中扮演了催化劑的角色。

李巨表(biao)示，傳(chuan)統鋰-空氣電(dian)池(chi)實(shi)際上只不過(guo)是鋰-氧(yang)電(dian)池(chi)，因為(wei)空氣中的水汽和二氧(yang)化碳(tan)會跟鋰發生副(fu)反應，因此鋰-空氣電(dian)池(chi)使用起(qi)來必須配備龐大的輔助系統，以除去水汽和二氧(yang)化碳(tan)，這是個(ge)步(bu)非常困難的步(bu)驟。而新的固體鋰電(dian)池(chi)已經沒有了這個(ge)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(yan)中連(lian)續充電(dian)(dian)(dian)15天，充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)量百倍于(yu)電(dian)(dian)(dian)池容量，但是電(dian)(dian)(dian)池毫發無損。

在充放電(dian)(dian)實驗中，固體鋰(li)電(dian)(dian)池充放電(dian)(dian)120次，容量只損失2%，這意味著(zhu)遠遠超過了傳(chuan)統(tong)鋰(li)-空(kong)(kong)氣(qi)電(dian)(dian)池的壽命。由于(yu)固體鋰(li)電(dian)(dian)池無需輔助的空(kong)(kong)氣(qi)凈化系統(tong)，因此它能(neng)便(bian)捷地應用于(yu)電(dian)(dian)動汽(qi)車，甚(shen)至是電(dian)(dian)網級儲能(neng)站。

由于固態氧(yang)陰極(ji)比鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)池的(de)陰極(ji)輕(qing)得多，因此(ci)新(xin)(xin)的(de)固體(ti)鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池可以比同等重量的(de)鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)(dian)池儲存多一倍(bei)的(de)電(dian)(dian)(dian)量。隨著技術(shu)的(de)改進，新(xin)(xin)電(dian)(dian)(dian)池的(de)電(dian)(dian)(dian)量還(huan)能再提高一倍(bei)。

新電(dian)(dian)池(chi)的更大優勢在于它無需使用昂貴(gui)的稀有材料。該電(dian)(dian)池(chi)的碳酸鹽電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)非常便(bian)宜(yi)。此外(wai)，二氧化鈷玻璃比納米鋰顆粒輕50%。因此，與鋰-空氣(qi)電(dian)(dian)池(chi)比較，新電(dian)(dian)池(chi)非常便(bian)宜(yi)，安全，且有大規模應用的潛力(li)。研究團隊計劃(hua)1年內完(wan)成實用原型的制造。

未(wei)參加該項目的俄勒岡(gang)州立大(da)學副教授季旭磊(音譯，XiuleiJi)表示(shi)，新型鋰電池(chi)(chi)技(ji)術的性能相比于(yu)傳統的鋰-空氣電池(chi)(chi)有重大(da)進步(bu)。超氧化(hua)物溶質(zhi)在(zai)(zai)碳酸鹽電介質(zhi)中工作得很好，完全無需氧氣的介入。在(zai)(zai)充放(fang)電過程(cheng)中，陰極材料(liao)都是固體(ti)，因此新電池(chi)(chi)的安裝和(he)使用很方(fang)便(bian)。