在同等重量下，鋰-空氣電(dian)(dian)池可以提(ti)供更多電(dian)(dian)力，因(yin)此被廣(guang)泛(fan)應用(yong)于電(dian)(dian)動(dong)汽(qi)車和其他移(yi)動(dong)電(dian)(dian)子設(she)備(bei)。然而(er)，鋰-空氣電(dian)(dian)池有(you)不少(shao)缺(que)點：發熱高(大量化學能轉化成了熱能而(er)沒有(you)提(ti)供給設(she)備(bei))、壽(shou)命短(duan)、制作工藝昂貴而(er)復雜(向電(dian)(dian)池內充放空氣需(xu)要價格昂貴的設(she)備(bei)，并且非常(chang)麻煩(fan))。

近日，麻省理工(gong)學(xue)院核工(gong)程教授李巨，博(bo)士后朱(zhu)志(音譯，ZhiZhu)及其他五位(wei)工(gong)作(zuo)于(yu)麻省理工(gong)、阿爾貢國家實(shi)驗室和(he)北京大學(xue)的作(zuo)者在《自然(ran)˙能源》期(qi)刊發(fa)文，報(bao)道了一種被稱為“納米鋰陰(yin)極(ji)”的新技(ji)術，該(gai)技(ji)術可以用來制造性(xing)能和(he)鋰-空氣電池相仿的封閉式鋰電池，以克服上(shang)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(neng)燒起來。”

把氣體關起來

傳統鋰-空氣電(dian)池(chi)放電(dian)時，利(li)用空氣中(zhong)的(de)氧(yang)氣與電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)鋰發生化(hua)學反應。在充電(dian)時，鋰氧(yang)化(hua)物中(zhong)的(de)氧(yang)又被(bei)釋放到大氣中(zhong)。

新(xin)的(de)(de)納米(mi)鋰陰極電池同樣利用了氧(yang)元素和(he)鋰的(de)(de)作用。區別在(zai)于，放(fang)電時，氧(yang)不會再以(yi)氣體形(xing)式(shi)釋放(fang)，而(er)是(shi)被封閉(bi)在(zai)固體中(zhong)。具體來說，氧(yang)以(yi)三(san)(san)種氧(yang)化還原態被封閉(bi)在(zai)三(san)(san)種固體化合物中(zhong)——Li2O，Li2O2和(he)LiO2，這三(san)(san)種物質又被包繞在(zai)二氧(yang)化鈷(gu)玻璃里。

這么(me)做的(de)(de)好處(chu)就(jiu)是，將納米(mi)鋰陰(yin)極電(dian)(dian)池(chi)將充(chong)放電(dian)(dian)時的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)差降低了(le)5倍——從1.2伏降至0.24伏，因此只(zhi)有8%的(de)(de)能量(liang)在充(chong)電(dian)(dian)時以(yi)熱能形(xing)式損失。這意味著可(ke)以(yi)對汽車電(dian)(dian)池(chi)以(yi)更快(kuai)的(de)(de)速(su)度(du)充(chong)電(dian)(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。

新技術用二氧(yang)化鈷(gu)玻(bo)璃(li)把(ba)鋰(li)(li)和氧(yang)包裹(guo)在納(na)米(mi)尺度的(de)(de)空間中，科學家把(ba)這種結構稱為納(na)米(mi)鋰(li)(li)。這樣，LiO2，Li2O2，和Li2O的(de)(de)變換就不會改變材(cai)料宏觀(guan)結構。此外，由(you)于納(na)米(mi)鋰(li)(li)顆粒本身非常不穩(wen)定，而具有納(na)米(mi)通道的(de)(de)二氧(yang)化鈷(gu)玻(bo)璃(li)能(neng)則正好(hao)夠(gou)穩(wen)定它們。二氧(yang)化鈷(gu)同時還在充放電中扮演了催化劑的(de)(de)角色。

李巨(ju)表示，傳統鋰-空氣(qi)電(dian)池實際上只不過是鋰-氧電(dian)池，因(yin)為空氣(qi)中(zhong)的(de)水汽和二(er)氧化碳(tan)(tan)會跟鋰發生副反應，因(yin)此鋰-空氣(qi)電(dian)池使(shi)用起來必須(xu)配備(bei)龐大的(de)輔助系(xi)統，以除去水汽和二(er)氧化碳(tan)(tan)，這(zhe)(zhe)是個步非常困難的(de)步驟。而新(xin)的(de)固體鋰電(dian)池已經沒有(you)了這(zhe)(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充電(dian)15天，充電(dian)電(dian)量(liang)百(bai)倍于電(dian)池容量(liang)，但是電(dian)池毫發無損。

在(zai)充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)實(shi)驗中，固體鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)120次，容量(liang)只損失2%，這意味著(zhu)遠(yuan)遠(yuan)超過了傳統鋰-空氣電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)壽命。由于固體鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池無(wu)需(xu)輔助的(de)空氣凈化系統，因此它能便捷(jie)地應用于電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車(che)，甚至是電(dian)(dian)(dian)(dian)網級儲能站。

由(you)于(yu)固態氧(yang)陰極比鋰(li)離子電(dian)池(chi)的(de)陰極輕得多，因此新(xin)的(de)固體鋰(li)電(dian)池(chi)可(ke)以比同等(deng)重量的(de)鋰(li)離子電(dian)池(chi)儲存多一倍的(de)電(dian)量。隨著(zhu)技術的(de)改進(jin)，新(xin)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)量還能再(zai)提(ti)高一倍。

新(xin)電(dian)池的(de)(de)更大優(you)勢(shi)在于它無(wu)需使用昂貴的(de)(de)稀有材料(liao)。該電(dian)池的(de)(de)碳酸鹽電(dian)解質非常(chang)便(bian)宜。此外，二(er)氧(yang)化鈷玻璃比納(na)米鋰(li)(li)顆粒輕(qing)50%。因此，與(yu)鋰(li)(li)-空氣電(dian)池比較，新(xin)電(dian)池非常(chang)便(bian)宜，安全，且有大規模(mo)應用的(de)(de)潛力。研究團隊(dui)計(ji)劃1年內(nei)完成實用原型的(de)(de)制造(zao)。

未參加該項(xiang)目的俄(e)勒岡州立(li)大學副教授季旭磊(音譯，XiuleiJi)表示(shi)，新型鋰電池(chi)技術(shu)的性能相比于(yu)傳統的鋰-空(kong)氣電池(chi)有(you)重大進步。超氧化(hua)物溶質在(zai)碳酸鹽電介(jie)質中工作得很好，完(wan)全無需氧氣的介(jie)入。在(zai)充放(fang)電過程中，陰極材料都是固體(ti)，因此新電池(chi)的安(an)裝和使用很方(fang)便。