在同等(deng)重量下，鋰(li)-空(kong)氣電(dian)池可以提供更多電(dian)力，因此(ci)被廣(guang)泛(fan)應用(yong)于電(dian)動汽車和其他移動電(dian)子設備。然(ran)而(er)，鋰(li)-空(kong)氣電(dian)池有(you)不少缺(que)點：發熱高(大量化學能轉化成了熱能而(er)沒有(you)提供給設備)、壽命短、制作工藝昂(ang)貴(gui)而(er)復雜(向電(dian)池內充放空(kong)氣需(xu)要(yao)價格昂(ang)貴(gui)的設備，并且非常麻煩)。

近日，麻省理工(gong)學(xue)院核工(gong)程(cheng)教授(shou)李(li)巨，博士后朱(zhu)志(音譯，ZhiZhu)及其他五(wu)位工(gong)作于麻省理工(gong)、阿爾貢(gong)國家實(shi)驗室(shi)和(he)北京大學(xue)的(de)作者(zhe)在(zai)《自然˙能源》期(qi)刊發文，報(bao)道了(le)一種被稱為“納米(mi)鋰陰極”的(de)新技術，該技術可(ke)以用來制造性能和(he)鋰-空(kong)氣電池相仿的(de)封閉式(shi)鋰電池，以克服上(shang)述問題。

李巨表示，鋰-空氣電池的弱點之一是充電和放電電壓不等，放電電壓比充電電壓低1.2伏，因此每次充電過程中，以熱能形式損失的能量高達30%。“如果你充電太快，你的鋰電池真的有(you)可能燒起來。”

把氣體關起來

傳統鋰-空氣電(dian)(dian)池放電(dian)(dian)時，利用空氣中(zhong)的氧氣與電(dian)(dian)池中(zhong)的鋰發生化(hua)學反(fan)應(ying)。在充電(dian)(dian)時，鋰氧化(hua)物中(zhong)的氧又被釋放到大氣中(zhong)。

新的納米鋰陰極電池同樣利(li)用了氧(yang)元(yuan)素(su)和(he)(he)鋰的作用。區別(bie)在(zai)(zai)于，放(fang)電時，氧(yang)不會(hui)再以氣體形式(shi)釋(shi)放(fang)，而是(shi)被(bei)(bei)封閉在(zai)(zai)固體中。具(ju)體來說(shuo)，氧(yang)以三(san)種(zhong)氧(yang)化還原態被(bei)(bei)封閉在(zai)(zai)三(san)種(zhong)固體化合(he)物(wu)中——Li2O，Li2O2和(he)(he)LiO2，這(zhe)三(san)種(zhong)物(wu)質又被(bei)(bei)包繞(rao)在(zai)(zai)二氧(yang)化鈷玻璃里。

這(zhe)么做的好處就是(shi)，將納米鋰陰極電(dian)池(chi)將充放電(dian)時(shi)的電(dian)壓(ya)差降低了5倍——從1.2伏(fu)(fu)降至0.24伏(fu)(fu)，因此只有(you)8%的能量(liang)在充電(dian)時(shi)以(yi)熱能形式損失。這(zhe)意味著可以(yi)對(dui)汽車(che)電(dian)池(chi)以(yi)更快(kuai)的速度充電(dian)而不必擔(dan)心過熱起火。

鋰-空氣電池的第二項缺點是：以氣體形式釋放的氧會破壞電池中的離子通道，因此降低了鋰電池的壽命。

新技術用二氧化(hua)鈷(gu)(gu)玻(bo)璃把(ba)鋰(li)和(he)氧包裹在(zai)納米(mi)尺度(du)的(de)(de)空間中，科學家(jia)把(ba)這種結構稱為納米(mi)鋰(li)。這樣，LiO2，Li2O2，和(he)Li2O的(de)(de)變換(huan)就(jiu)不(bu)會改變材料宏(hong)觀結構。此(ci)外，由于納米(mi)鋰(li)顆粒本身非常(chang)不(bu)穩(wen)定，而具有納米(mi)通道的(de)(de)二氧化(hua)鈷(gu)(gu)玻(bo)璃能則正好夠穩(wen)定它們。二氧化(hua)鈷(gu)(gu)同時(shi)還在(zai)充放電中扮演了催化(hua)劑的(de)(de)角(jiao)色。

李巨表示，傳統鋰(li)(li)-空氣(qi)電池(chi)實(shi)際上只不過是(shi)(shi)鋰(li)(li)-氧電池(chi)，因為(wei)空氣(qi)中的(de)水汽(qi)和二氧化碳(tan)會跟鋰(li)(li)發生副反應(ying)，因此鋰(li)(li)-空氣(qi)電池(chi)使用起(qi)來(lai)必須配備龐大的(de)輔(fu)助系統，以(yi)除去水汽(qi)和二氧化碳(tan)，這(zhe)是(shi)(shi)個(ge)步非常困難的(de)步驟。而新的(de)固體鋰(li)(li)電池(chi)已經(jing)沒有了這(zhe)個(ge)問(wen)題。

自帶防過充功能

新的固體鋰電池還自帶防過充電功能，因為電池中的化學反應會通過負反饋自我調節，當電充滿時，反應自動停止。傳統電池若過充電，將對電池造成不可逆地損害，甚至爆炸。但是固體鋰電池在(zai)實驗中連續(xu)充電(dian)(dian)15天(tian)，充電(dian)(dian)電(dian)(dian)量百倍于電(dian)(dian)池(chi)容量，但是電(dian)(dian)池(chi)毫發(fa)無損。

在(zai)充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)實驗中，固體(ti)(ti)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)120次，容量(liang)只損(sun)失(shi)2%，這(zhe)意味著(zhu)遠遠超過了傳統(tong)鋰-空(kong)氣(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的壽命。由于(yu)固體(ti)(ti)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池無需(xu)輔助的空(kong)氣(qi)凈(jing)化系統(tong)，因此(ci)它能便捷地應用于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車(che)，甚至是電(dian)(dian)(dian)(dian)網級(ji)儲能站。

由于固態氧陰極比鋰(li)離子電(dian)池的陰極輕(qing)得多，因此(ci)新的固體(ti)鋰(li)電(dian)池可以比同等重(zhong)量的鋰(li)離子電(dian)池儲存多一倍(bei)的電(dian)量。隨著技(ji)術(shu)的改進(jin)，新電(dian)池的電(dian)量還能再提高一倍(bei)。

新(xin)電(dian)池(chi)的(de)(de)更(geng)大優(you)勢在于它無需使用(yong)昂貴的(de)(de)稀有(you)(you)材料。該電(dian)池(chi)的(de)(de)碳酸鹽電(dian)解質非(fei)常便(bian)宜。此外，二氧化鈷玻璃比納(na)米(mi)鋰(li)顆粒輕50%。因此，與鋰(li)-空氣電(dian)池(chi)比較，新(xin)電(dian)池(chi)非(fei)常便(bian)宜，安全，且有(you)(you)大規(gui)模應(ying)用(yong)的(de)(de)潛力(li)。研究團(tuan)隊計劃(hua)1年內完成(cheng)實用(yong)原型(xing)的(de)(de)制造(zao)。

未(wei)參加該項目的(de)(de)俄(e)勒(le)岡州立大學(xue)副(fu)教授季旭磊(音譯，XiuleiJi)表示，新(xin)型鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)技術的(de)(de)性(xing)能相比于傳統的(de)(de)鋰(li)-空氣電(dian)(dian)池(chi)有(you)重大進(jin)步。超氧(yang)化物溶質(zhi)在(zai)碳酸鹽電(dian)(dian)介質(zhi)中工作得(de)很好，完全(quan)無需氧(yang)氣的(de)(de)介入。在(zai)充放電(dian)(dian)過程中，陰極材料都是固(gu)體，因此新(xin)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)安裝和使用很方(fang)便。