新设计生产真正的锂空气电池

伊利诺伊大学芝加哥分校和阿贡国家实验室的研究人员设计了一种新型锂空气电池，该电池可在自然空气环境中工作，并且在创纪录的750次充电/放电循环后仍能运行。他们的研究结果发表在“ 自然 ”杂志上。

“我们的锂空气电池设计代表了电池领域的一次革命，”机械和工业工程助理教授，该论文的共同通讯作者Amin Salehi-Khojin说。“首次展示真正的锂空气电池是迈向超越锂离子电池的重要一步，但我们还有更多的工作要做，以便将其商品化。”

锂空气电池 - 被认为能够比为我们的手机，笔记本电脑和电动汽车提供动力的锂离子电池提供高达五倍的能量 - 多年来一直让电池研究人员感到诱惑。但是有几个障碍困扰着他们的发展。

通过将存在于阳极中的锂与来自空气的氧结合以在放电阶段期间在阴极上产生过氧化锂，电池将起作用。在充电阶段，过氧化锂会被分解成其锂和氧组分。

遗憾的是，由于锂阳极的氧化和在锂离子与二氧化碳和水蒸气结合导致的阴极上产生不希望的副产物，这种锂 - 空气电池的实验设计不能在真正的自然空气环境中操作。在空中。这些副产物使阴极上胶，最终变得完全被涂覆并且不能起作用。这些实验电池依赖于纯氧气罐 - 这限制了它们的实用性，并且由于氧气的可燃性而带来严重的安全风险。

“其他一些人试图制造锂 - 空气电池，但由于循环寿命不佳，他们失败了，”联合主要作者，阿贡杰出研究员拉里柯蒂斯说。

UIC-Argonne研究团队通过使用阳极，阴极和电解质(任何电池的三个主要组成部分)的独特组合来克服这些挑战，以防止阳极氧化并在阴极上积聚电池消耗副产物并允许电池在自然空气环境中运行。

他们在锂阳极上涂覆了一层薄薄的碳酸锂，选择性地允许来自阳极的锂离子进入电解质，同时防止不需要的化合物到达阳极。

在锂 - 空气电池中，阴极就是空气进入电池的地方。在锂 - 空气电池的实验设计中，氧气与构成空气的所有其他气体一起通过基于碳的海绵状晶格结构进入电解质。

Salehi-Khojin及其同事用二硫酸钼催化剂涂覆晶格结构，并使用由离子液体和二甲基亚砜(电池电解质的常见组分)制成的独特混合电解质，有助于促进锂 - 氧反应，最大限度地减少锂与其他元素的反应在空中提高电池效率。

“通过重新设计电池的每一部分，我们对这种电池进行了全面的架构改造，帮助我们实现了我们想要发生的反应，并阻止或阻止那些最终导致电池耗尽的电池，”Salehi-Khojin说。

UIC团队对电池单元进行了构建，测试，分析和表征。Argonne小组与UIC和加州州立大学的同事一起进行了计算分析。

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