鋰空氣電池的挑戰(zhàn)與發(fā)展

相對(duì)與其他的金屬-空氣電池，鋰空氣電池具有更高的比能。因此，從比能量的角度來(lái)說(shuō)，它極其具有吸引力。除了非常高的能量密度外，鋰空氣電池也提供了一個(gè)平穩(wěn)的放電形式和長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)壽命，比一些鋰離子電池系統(tǒng)更環(huán)保。

當(dāng)然，鋰空氣電池技術(shù)需要解決的問(wèn)題主要有：1、防止使用兩種電解液的隔膜慢性滲漏;2、提高有機(jī)電解液的可使用溫度;3、找到可取代目前使用的金和白金觸媒劑;4、更換鋰燃料時(shí)，如何防止水氣侵入引起爆炸;5、如何循環(huán)未用完的鋰和氫氧化鋰;如何降低循環(huán)氫氧化鋰的能耗。

鋰空氣電池的致命缺陷，就是固體反應(yīng)生成物氧化鋰(Li2O)會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止。

圖 多孔碳空氣電極

反應(yīng)原理：

2Li+O2=Li2O2

4Li+O2=2Li2O

反應(yīng)生成的Li2O2會(huì)堵塞多孔碳空氣電池，會(huì)導(dǎo)致放電過(guò)程完全終止

日前日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(JSPS)共同開(kāi)發(fā)出了新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。研究人員在負(fù)極(金屬鋰)一側(cè)使用有機(jī)電解液，在正極(空氣)一側(cè)使用水性電解液。在兩種電解液之間設(shè)置只有鋰離子穿過(guò)的固體電解質(zhì)膜，將兩者隔開(kāi)。這樣便可防止電解液混合，并促進(jìn)電池發(fā)生反應(yīng)。

該技術(shù)極有望用于汽車電池。我們知道，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的普及，能源密度需達(dá)到目前的約6—7倍。因此，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。

由于鋰空氣電池的正極使用空氣中的氧做活性物質(zhì)，理論上正極容量無(wú)限大，因此可實(shí)現(xiàn)大容量。如果在汽車用支架上更換正極的水性電解液，用卡盒等方式補(bǔ)充負(fù)極的金屬鋰的話，汽車可實(shí)現(xiàn)連續(xù)行駛且無(wú)需充電等待時(shí)間?？梢詮挠眠^(guò)的水性電解液中輕松提取金屬鋰，鋰能夠反復(fù)使用。可以說(shuō)是用金屬鋰作為燃料的新型燃料電池。如果擁有更好的電池，電動(dòng)汽車就可以將一次充電能夠行駛的距離從40公里提高到400公里，鋰空氣電池?zé)o疑是首選。

總體來(lái)看，鋰空氣電池目前還處在研發(fā)階段，離實(shí)用化還有一段距離。而目前全球已經(jīng)有上千個(gè)研究單位在從事鋰空氣電池方面的研究，經(jīng)過(guò)科研人員不懈的努力，期望在不久的將來(lái)這一會(huì)呼吸的綠色電池可以真正的實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)汽車方面的應(yīng)用，從而為人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

鋰空氣電池作為電池的首選暢銷于市場(chǎng)的日子也許很快就會(huì)到來(lái)。