鋰空氣電池未來(lái)會(huì)取代鋰電池嗎

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-05-28 10:49  瀏覽量：次

　　鋰空氣電池未來(lái)會(huì)取代鋰電池嗎？鋰空氣電池能量密度高、重量輕、綠色無(wú)污染。鋰空氣電池?fù)魯′囯x子電池的潛力極大，然而，想要在成本和使用壽命上比肩傳統(tǒng)的鋰離子電池、達(dá)到“穩(wěn)定生產(chǎn)期”，都必須解決循環(huán)壽命、能量效率、空氣過(guò)濾膜、金屬鋰防護(hù)等關(guān)鍵問(wèn)題，這顯然還有很長(zhǎng)的路要走。

　　什么是鋰空氣電池？

　　鋰空氣電池是一種用鋰作陽(yáng)極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。其實(shí)，鋰空氣電池就是金屬燃料電池，通俗地來(lái)說(shuō)就是用金屬鋰做負(fù)極，氧氣做正極的一種鋰電池。鋰空氣電池的優(yōu)點(diǎn)在于比能量高（比能量，簡(jiǎn)單地理解就是單位質(zhì)量的電極材料參與反應(yīng)時(shí)放出電能的大?。?，理論上接近了汽油。

　　雖然鋰空氣電池比能量高，但是它的缺點(diǎn)就是反應(yīng)可逆性差，需要催化劑。這里所說(shuō)的2D材料也叫做“二維材料”。用它們做催化劑的時(shí)候，能夠提高電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率，使鋰空氣電池的效率更高、充電能力更強(qiáng)，電池保存能量的能力和提供能量的能力被大大提升了。

　　放電過(guò)程：陽(yáng)極的鋰釋放電子后成為鋰陽(yáng)離子（Li+），Li+穿過(guò)電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過(guò)來(lái)的電子結(jié)合生成氧化鋰（Li2O）或者過(guò)氧化鋰（Li2O2），并留在陰極。鋰空氣電池的開(kāi)路電壓為2.91V。

　　鋰空氣電池工作原理

　　鋰空氣電池采用鋰作為負(fù)極活性材料，采用多孔的氣體擴(kuò)散層電極作為正極材料，按電解質(zhì)體系主要分為有機(jī)電解液體（非水性電解液體系）、水性電解液體系、混合電解液體系和全固態(tài)電解質(zhì)體系。

　　4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）

　　放電過(guò)程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護(hù)膜而阻礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進(jìn)行。在開(kāi)路或低功率的狀態(tài)下，Li的自放電率很高，并伴隨著Li的腐蝕反應(yīng)：

　　Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）

　　在水系電解液中，金屬Li極易和水反應(yīng)，因此對(duì)鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒(méi)有商業(yè)化的產(chǎn)品。綜合考慮實(shí)用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實(shí)際應(yīng)用的首選。

　　鋰空氣電池未來(lái)會(huì)取代鋰電池嗎？

　　有人說(shuō)：如果說(shuō)鋰硫電池是替代鋰離子電池的下一代鋰電，那么鋰空氣電池將是鋰電的最終形態(tài)。從鋰電誕生到應(yīng)用才短短的幾十年，然而電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸替代化石能源，成為人們生活中不可或缺的一部分。目前，鋰離子電池備受人們的青睞，而鋰空氣電池被業(yè)界譽(yù)為終極電池。

　　隨著全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)需求的日益增長(zhǎng)，鋰電池的發(fā)展受到了嚴(yán)重的阻礙，其發(fā)展瓶頸主要在于：如何提升正極材料的充放電比容量，以滿足高比能量、高充放電功率的要求；制備正極材料需要大批量地使用稀有過(guò)渡金屬元素，如鈷、鎳等，而這些資源在地球上的儲(chǔ)量有限，成本也不低。

　　為了解決這些問(wèn)題，進(jìn)一步提高電池的能量密度，減輕電池重量，并減少重金屬的使用，鋰空氣電池誕生了。

　　鋰空氣電池雖然目前還在研發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，但是這類(lèi)電池的儲(chǔ)能量卻是當(dāng)前鋰離子電池的10倍。由于它的質(zhì)量更輕，也能夠使得電動(dòng)車(chē)的輕量化有質(zhì)的提升。

　　報(bào)道稱(chēng)，隨著鋰電池的出現(xiàn)，便攜設(shè)備迅速普及，支持了IT革命的發(fā)展。鋰電池性能不斷提高，是支持汽車(chē)電動(dòng)化的重要部件。但是，鋰電池技術(shù)逐漸接近極限，而且還有易燃等缺點(diǎn)。鋰空氣電池是新一代技術(shù)的有力候選之一，可通過(guò)與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電。由于氧氣可以無(wú)限量供應(yīng)，理論上空氣電池蓄電量可達(dá)鋰電池的5至10倍。

　　人們對(duì)電池越來(lái)越依賴(lài)，受到需求的推動(dòng)，企業(yè)投入大量的時(shí)間和金錢(qián)開(kāi)發(fā)鋰電池替代產(chǎn)品。由于其理論比能量高，鋰空氣電池被認(rèn)為是鋰離子電池的潛在替代品。然而，迄今為止，這樣的系統(tǒng)主要限于純氧環(huán)境，并且由于涉及陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)的副反應(yīng)而具有有限的循環(huán)壽命。