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    鋰空氣電池的能量密度未來可期

    放大字體  縮小字體 發布日期:2022-04-12
     

    日本研究人員成功地制造了一種性能明顯高于現有鋰離子電池的設備。

    研究人員已經在一種新型電池的能量密度和循環周期性能方面取得新的突破,這種電池有朝一日可能取代鋰離子電池設備。

    日本國立材料研究所(NIMS)的研究人員與軟銀集團(SoftBank Corp.)合作,研發一種能量密度超過500Wh/kg的鋰空氣電池,這種鋰空氣電池可以在室溫環境下充放電。 

    研究人員說,研發的鋰空氣電池能量密度明顯高出目前使用的鋰離子電池,鋰空氣電池的制造為更廣泛、甚至商業化應用奠下基石。

    發揮其潛力

    盡管科學家早就知道鋰空氣電池在用作可充電電池方面具有很大潛力,但這種潛力大多都是理論上的。

    然而,研究人員在雜志《Materials Horizons》中發表的論文摘要中了解到,傳統鋰離子電池的能量密度正開始達到其極限,以滿足電動汽車和無人駕駛飛行器等先進儲能設備的要求,這些設備白天緩慢充電,夜間放電。

    NIMS高級研究員Shoichi Matsuda帶領研究團隊,和許多其他人一起探討鋰離子電池設計的代替品。

    研究人員寫道:“鋰空氣電池(LABs)的能量密度是鋰離子電池的能量密度2至5倍,是上述應用領域下一代可充電電池的潛在候選產品。”

    研究人員指出,事實上,僅有少數高能量密度的鋰空氣電池被制造并開發出來,主要是因為鋰空氣電池往往包含大量非活性元件(例如,隔膜和電解質),盡管這些非活性元件不參與化學反應,但會使其的重量下降。

     

    (a)日本NIMS與軟銀集團共同合作研發鋰空氣電池的新材料;(b)NIMS-SoftBank先進技術發展中心研發的電池制造技術;(c)能量密度超過500Wh/kg的鋰空氣電池在室溫環境下可穩定充放電循環。

    可能的解決方案

    Matsuda研發團隊在NIMS-SoftBank先進技術發展中心研發材料,以改善鋰空氣電池的性能,從而實現其高能量密度的潛力。他們還開發了一種技術來制造這些設備,用于各種應用。

    典型的鋰空氣電池是由鋰金屬箔、隔膜、鋰離子導電非水電解質、多孔碳電極以及氣體擴散層組成的。

    研究人員在論文中解釋:“在放電過程中,鋰金屬的溶解在負極進行。產生的電子通過外部電路到正極,用于還原大氣中的氧氣,形成不溶性的過氧化鋰(Li2O2)作為放電產物。”

    在研究中,研究人員發現,以前,設備無法實現其超過300 Wh/kg的高能量密度的潛力,因為電池含有過量的電解質和/或電池在相對較小的面積容量條件下運行。

    他們在論文中透露,為了制造電池器件,研究人員在控制電解質和設備的面積容量方面取得了平衡。

    研究人員說,研究團隊現在正研發高性能電池材料,并計劃將高性能電池材料整合到新研發的鋰空氣電池中,以進一步改善電池循環壽命。他們的目標是實現電池在 NIMS-SoftBank先進技術發展中心投入實際使用,以加快電池商業化的可行性。

     

    中國化學與物理電源行業協會 楊柳

    2022.4.11

     
    關于我們:中國化學與物理電源行業協會(China Industrial Association of Power Sources,縮寫:CIAPS) 是由電池行業企(事)業單位自愿組成的全國性、行業性、非營利性的社會組織。協會成立于1989年12月,現有530多家會員單位,下設堿性蓄電池與新型化學電源分會、酸性蓄電池分會、鋰電池分會、太陽能光伏分會、干電池工作委員會、電源配件分會、移動電源分會、儲能應用分會、動力電池應用分會和電池隔膜分會等十個分支機構。
    本會專業范圍包括:鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋅錳堿錳電池、鋰一次電池、鋰離子電池、太陽電池、燃料電池、鋅銀電池、熱電池、超級電容器、溫差發電器及其他各種新型電池、電池系統解決方案,以及各類電池用原材料、零配件、生產設備、測試儀器和電池管理系統等。

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