美(mei)國麻(ma)省理(li)工(gong)學(xue)院MIT開發了一款新型鋰(li)空氣電池(chi)電池(chi)設計，能夠(gou)解決目前鋰(li)空氣電池(chi)復雜、低效和(he)壽命低不實際的缺陷，保持傳統鋰(li)離(li)子(zi)電池(chi)的高(gao)效節能優點。有望生(sheng)產適用(yong)于(yu)個人電子(zi)產品至快速(su)充電電動汽車(che)的低成本高(gao)效能電池(chi)。
鋰空(kong)氣電池(chi)(chi)是一種用(yong)鋰作陽極(ji)，以(yi)空(kong)氣中的氧氣作為陰極(ji)反應(ying)物的電池(chi)(chi)，相比傳統(tong)電池(chi)(chi)的密閉設計具有“開放性”特點，因為需(xu)要空(kong)氣中的氧氣進行氣態(tai)(tai)-固態(tai)(tai)轉(zhuan)換攜(xie)帶鋰離子(zi)存(cun)儲電荷，但是這也產生了三大問題：
1、需要濾除空氣的水分和二氧化碳增加復雜度;
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(chi)續的(de)氧氣(qi)固態-氣(qi)態轉換對電(dian)池的(de)材料和結構要求很高，容易導致過早(zao)失效壽命很短。
MIT的(de)李巨教授(shou)及其團隊成功(gong)地(di)通過開發(fa)一種新型的(de)更實用的(de)鋰(li)空氣(qi)電池陰極(ji)設計，來(lai)規(gui)避(bi)了(le)這些(xie)缺陷。在新型電池設計中(zhong)，封閉的(de)電池中(zhong)氧(yang)保(bao)持全時(shi)固態(tai)的(de)形(xing)式(shi)，固態(tai)氧(yang)攜帶鋰(li)離子時(shi)將形(xing)成一種類似玻璃的(de)材質(zhi)，這些(xie)分子被(bei)依次包裹進(jin)氧(yang)化(hua)(hua)鈷基質(zhi)中(zhong)形(xing)成被(bei)研(yan)究者稱為納(na)米鋰(li)氧(yang)(nanolithia)，李巨表示，在這種形(xing)態(tai)下，氧(yang)化(hua)(hua)鋰(li)、過氧(yang)化(hua)(hua)鋰(li)以及超氧(yang)化(hua)(hua)鋰(li)的(de)轉換可(ke)以完全以固態(tai)形(xing)式(shi)發(fa)生。
由(you)于通常(chang)狀態下，納米鋰(li)氧(yang)非常(chang)不穩定，所以(yi)研究人員將它們放入了氧(yang)化(hua)鈷(gu)的(de)矩(ju)陣(zhen)之(zhi)中。氧(yang)化(hua)鈷(gu)矩(ju)陣(zhen)其實是一種類(lei)似海綿狀的(de)物質(zhi)，每隔幾納米就有一個氣孔。氧(yang)化(hua)鈷(gu)矩(ju)陣(zhen)一方(fang)面可以(yi)穩定住納米鋰(li)氧(yang)，另一方(fang)面，還可以(yi)充(chong)當化(hua)學反應的(de)催化(hua)劑。
并可在三種(zhong)氧(yang)化(hua)(hua)還原狀態中直接切換(huan)(huan)，產生三種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)固(gu)體化(hua)(hua)合(he)物——氧(yang)化(hua)(hua)鋰Li2O、過氧(yang)化(hua)(hua)鋰Li2O2以(yi)(yi)及超氧(yang)化(hua)(hua)鋰LiO2，這三種(zhong)化(hua)(hua)合(he)物以(yi)(yi)玻璃(li)形態混合(he)在一起。這樣的(de)(de)(de)話，電壓損耗情況可以(yi)(yi)改善5倍以(yi)(yi)上(shang)，從1.2伏減(jian)為0.24伏，所以(yi)(yi)，僅有8%的(de)(de)(de)電能(neng)被轉換(huan)(huan)成了熱量。李巨表示：“這意味著汽(qi)車可以(yi)(yi)快速充電，因此電池(chi)組(zu)發(fa)燙(tang)的(de)(de)(de)情況會解決，不(bu)再構成安全隱患，而且電池(chi)的(de)(de)(de)能(neng)源效(xiao)率(lv)得到了保障。”
此外，新電(dian)池(chi)還解決了鋰空氣電(dian)池(chi)的另(ling)一大問題。由于在充(chong)電(dian)與放電(dian)過(guo)程中(zhong)，化學反應(ying)使氧以氣態(tai)以及固態(tai)的形式存在，當氧經(jing)歷巨大的體(ti)積變化時，這會(hui)擾亂電(dian)池(chi)內部(bu)的電(dian)傳導路徑，嚴(yan)重損(sun)害了電(dian)池(chi)的壽命(ming)。