伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了一種新的鋰空氣電池，該電池可在自然空氣環(huán)境中工作，并且在破紀(jì)錄的750次充電/放電循環(huán)后仍可正常工作。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》雜志上。

機(jī)械和工業(yè)工程學(xué)助理教授，論文的同時(shí)通訊作者阿敏·薩利希·霍金說(shuō)：“我們的鋰空氣電池設(shè)計(jì)代表了電池界的一場(chǎng)革命。” “這是對(duì)真正的鋰空氣電池的首次展示，是邁向我們所謂的'超越鋰離子'電池的重要一步，但要使它商業(yè)化，我們還有更多工作要做。”

多年來(lái)，鋰空氣電池一直被認(rèn)為可以比為我們的手機(jī)，筆記本電腦和電動(dòng)汽車(chē)供電的鋰離子電池多五倍的能量，它一直吸引著電池研究人員。但是，一些障礙困擾著它們的發(fā)展。

電池將通過(guò)將陽(yáng)極中存在的鋰與空氣中的氧氣混合以在放電階段在陰極上產(chǎn)生過(guò)氧化鋰的方式工作。過(guò)氧化鋰在充電階段會(huì)分解成鋰和氧成分。

不幸的是，由于鋰陽(yáng)極的氧化以及由于鋰離子與二氧化碳和水蒸氣結(jié)合而在陰極上產(chǎn)生的不良副產(chǎn)物，這種鋰空氣電池的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)無(wú)法在真正的自然空氣環(huán)境中運(yùn)行。在空中。這些副產(chǎn)物使陰極膠粘，最終使陰極完全被覆蓋且無(wú)法起作用。這些實(shí)驗(yàn)電池依賴于純氧氣罐，這限制了它們的實(shí)用性，并且由于氧氣的可燃性而構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患。

“其他一些人試圖制造鋰空氣電池，但由于循環(huán)壽命差而失敗了，”共同主要作者，阿貢國(guó)家杰出研究員拉里·柯蒂斯說(shuō)。

UIC-Argonne研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用陽(yáng)極，陰極和電解質(zhì)(任何電池的三個(gè)主要成分)的獨(dú)特組合來(lái)克服這些挑戰(zhàn)，以防止陽(yáng)極氧化和在陰極上形成殺死電池的副產(chǎn)物，并使電池能夠在自然的空氣環(huán)境。

他們?cè)阡囮?yáng)極上覆蓋了一層碳酸鋰薄層，該薄層可以選擇性地允許來(lái)自陽(yáng)極的鋰離子進(jìn)入電解質(zhì)，同時(shí)防止不需要的化合物到達(dá)陽(yáng)極。

在鋰空氣電池中，陰極只是空氣進(jìn)入電池的地方。在鋰空氣電池的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，氧氣與構(gòu)成空氣的所有其他氣體一起通過(guò)碳基海綿狀晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)入電解質(zhì)。

Salehi-Khojin和他的同事用二硫化鉬催化劑涂覆了晶格結(jié)構(gòu)，并使用了由離子液體和二甲基亞砜(一種電池電解質(zhì)的常見(jiàn)成分)制成的獨(dú)特混合電解質(zhì)，有助于促進(jìn)鋰-氧反應(yīng)，使鋰與其他元素的反應(yīng)最小化空氣中，提高電池效率。

Salehi-Khojin說(shuō)：“我們通過(guò)重新設(shè)計(jì)電池的每個(gè)部分來(lái)進(jìn)行完整的架構(gòu)檢修，幫助我們實(shí)現(xiàn)了我們想發(fā)生的反應(yīng)，并防止或阻止了那些最終導(dǎo)致電池失效的反應(yīng)。”

UIC團(tuán)隊(duì)構(gòu)建，測(cè)試，分析并表征了電池。Argonne研究小組與UIC和加利福尼亞州立大學(xué)的同事一起進(jìn)行了計(jì)算分析。