鋰空氣電池是儲(chǔ)能行業(yè)追逐的至高夢(mèng)想。
如今，由于劍橋大學(xué)科學(xué)家們作出的突破，鋰空氣電池距離商用又向前邁出了一大步。
首先，什么是鋰空氣電池？
電池包含三個(gè)基本部分：正極端子（陰極）、負(fù)極端子（陽(yáng)極）和電解質(zhì)。電解質(zhì)使離子在端子之間移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。很多種不同的化學(xué)成分都能被用來(lái)制造電池。
鋰原電池用鋰作為陽(yáng)極，陰極可以使用很多種不同的材料，包括二硫化鐵、硅和二氧化硫。鋰空氣電池把空氣中的氧作為電池陰極（正極端子）的反應(yīng)物，把鋰作為陽(yáng)極（負(fù)極端子）。
鋰空氣電池的主要優(yōu)點(diǎn)在于，陰極材料在電池之外，這種設(shè)計(jì)大大提高了能量密度。
其次，這對(duì)性能意味著什么？
“比能”是衡量電池化學(xué)性能的重要指標(biāo)，意指電池每單位重量所儲(chǔ)存的能量，用瓦時(shí)/千克（Wh/kg）來(lái)表示。鋰離子電池的比能為100至200 Wh/kg。鋰空氣電池的理論能量密度接近10,000 Wh/kg。
“‘呼吸空氣’的電池結(jié)構(gòu)早就是人們的研發(fā)目標(biāo)，在軍事應(yīng)用方面有很大潛力。”蘭德公司（RAND）對(duì)電池技術(shù)進(jìn)行的一項(xiàng)研究寫道，“傳統(tǒng)電池技術(shù)的比能不可能安全地超越250 Wh/kg。”
如果鋰空氣電池在商業(yè)上可行，這可能意味著內(nèi)燃機(jī)的終結(jié)。
鋰空氣電池的商業(yè)化絕非板上釘釘?shù)氖虑椤：粑諝獾碾姵孛媾R著諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)。據(jù)報(bào)道，劍橋大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)至少解決了其中的一些難題。
上周五發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志的一篇論文詳細(xì)講解了他們作出的技術(shù)突破。主要的創(chuàng)新包括用氫氧化鋰結(jié)晶代替過(guò)氧化鋰顆粒和添加碘化鋰作為中介化合物。
美國(guó)電子與電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE）旗下刊物《IEEE Spectrum》總結(jié)道：
“此外，研究人員使用大孔還原氧化石墨烯作為陰極材料，而不是通常用于其他鋰空氣電池陰極的中孔碳材料。孔徑變大千倍（從10至100納米提高到10至100微米）有助于防止電池在工作期間因?yàn)榭锥炊氯纬蓺溲趸嚱Y(jié)晶。科學(xué)家們還利用具有溶解能力的乙二醇二甲醚來(lái)幫助消除充電和放電時(shí)形成的氫氧化鋰結(jié)晶。另外，這種新設(shè)計(jì)顯示了很強(qiáng)的防水性，表明它可以抵擋住空氣中的水分。”
這些改進(jìn)顯著減少了妨礙鋰空氣電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的那些不利化學(xué)反應(yīng)。劍橋?qū)崢I(yè)（Cambridge Enterprises）已經(jīng)為這個(gè)突破申請(qǐng)了專利。
然而，在攻克空氣呼吸電池商業(yè)化難關(guān)方面并不是只有劍橋一家在做。
位于加州伯克利的電池研發(fā)公司PolyPlus已經(jīng)設(shè)計(jì)并成功測(cè)試了一種鋰空氣電池，其比能超過(guò)700 Wh/kg。另外，位于加州埃默里維爾的初創(chuàng)公司EnZinc正在和美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（U.S. Naval Research Laboratory）共同研發(fā)一種鋅空氣電池，該公司聲稱這種電池“將使電動(dòng)汽車的行駛里程翻倍，把電池成本降低一半，并確保使用者的安全”。
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