美國麻省理工學(xué)院MIT開發(fā)了一款新型鋰空氣電池電池設(shè)計，能夠解決目前鋰空氣電池復(fù)雜、低效和壽命低不實際的缺陷，保持傳統(tǒng)鋰離子電池的高效節(jié)能優(yōu)點。有望生產(chǎn)適用于個人電子產(chǎn)品至快速充電電動汽車的低成本高效能電池。
鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池，相比傳統(tǒng)電池的密閉設(shè)計具有“開放性”特點，因為需要空氣中的氧氣進行氣態(tài)-固態(tài)轉(zhuǎn)換攜帶鋰離子存儲電荷，但是這也產(chǎn)生了三大問題：
1、需要濾除空氣的水分和二氧化碳增加復(fù)雜度;
2、3.7V充電電壓和2.5V放電電壓差意味著在充電過程中32%的能量以熱量損耗;
3、持續(xù)的氧氣固態(tài)-氣態(tài)轉(zhuǎn)換對電池的材料和結(jié)構(gòu)要求很高，容易導(dǎo)致過早失效壽命很短。
MIT的李巨教授及其團隊成功地通過開發(fā)一種新型的更實用的鋰空氣電池陰極設(shè)計，來規(guī)避了這些缺陷。在新型電池設(shè)計中，封閉的電池中氧保持全時固態(tài)的形式，固態(tài)氧攜帶鋰離子時將形成一種類似玻璃的材質(zhì)，這些分子被依次包裹進氧化鈷基質(zhì)中形成被研究者稱為納米鋰氧(nanolithia)，李巨表示，在這種形態(tài)下，氧化鋰、過氧化鋰以及超氧化鋰的轉(zhuǎn)換可以完全以固態(tài)形式發(fā)生。
由于通常狀態(tài)下，納米鋰氧非常不穩(wěn)定，所以研究人員將它們放入了氧化鈷的矩陣之中。氧化鈷矩陣其實是一種類似海綿狀的物質(zhì)，每隔幾納米就有一個氣孔。氧化鈷矩陣一方面可以穩(wěn)定住納米鋰氧，另一方面，還可以充當(dāng)化學(xué)反應(yīng)的催化劑。
并可在三種氧化還原狀態(tài)中直接切換，產(chǎn)生三種不同的固體化合物——氧化鋰Li2O、過氧化鋰Li2O2以及超氧化鋰LiO2，這三種化合物以玻璃形態(tài)混合在一起。這樣的話，電壓損耗情況可以改善5倍以上，從1.2伏減為0.24伏，所以，僅有8%的電能被轉(zhuǎn)換成了熱量。李巨表示：“這意味著汽車可以快速充電，因此電池組發(fā)燙的情況會解決，不再構(gòu)成安全隱患，而且電池的能源效率得到了保障?！?/p>
此外，新電池還解決了鋰空氣電池的另一大問題。由于在充電與放電過程中，化學(xué)反應(yīng)使氧以氣態(tài)以及固態(tài)的形式存在，當(dāng)氧經(jīng)歷巨大的體積變化時，這會擾亂電池內(nèi)部的電傳導(dǎo)路徑，嚴(yán)重?fù)p害了電池的壽命。