新设计生产出真正的锂空气电池

伊利诺伊大学芝加哥分校和阿贡国家实验室的研究人员设计了一种新的锂空气电池，该电池可在自然空气环境中工作，并且在破纪录的750次充电/放电循环后仍可正常工作。他们的发现发表在《自然》杂志上。

机械和工业工程学助理教授，论文的同时通讯作者阿敏·萨利希·霍金说：“我们的锂空气电池设计代表了电池界的一场革命。” “这是对真正的锂空气电池的首次展示，是迈向我们所谓的'超越锂离子'电池的重要一步，但要使它商业化，我们还有更多工作要做。”

多年来，锂空气电池一直被认为可以比为我们的手机，笔记本电脑和电动汽车供电的锂离子电池多五倍的能量，它一直吸引着电池研究人员。但是，一些障碍困扰着它们的发展。

电池将通过将阳极中存在的锂与空气中的氧气混合以在放电阶段在阴极上产生过氧化锂的方式工作。过氧化锂在充电阶段会分解成锂和氧成分。

不幸的是，由于锂阳极的氧化以及由于锂离子与二氧化碳和水蒸气结合而在阴极上产生的不良副产物，这种锂空气电池的实验设计无法在真正的自然空气环境中运行。在空中。这些副产物使阴极胶粘，最终使阴极完全被覆盖且无法起作用。这些实验电池依赖于纯氧气罐，这限制了它们的实用性，并且由于氧气的可燃性而构成严重的安全隐患。

“其他一些人试图制造锂空气电池，但由于循环寿命差而失败了，”共同主要作者，阿贡国家杰出研究员拉里·柯蒂斯说。

UIC-Argonne研究团队通过使用阳极，阴极和电解质(任何电池的三个主要成分)的独特组合来克服这些挑战，以防止阳极氧化和在阴极上形成杀死电池的副产物，并使电池能够在自然的空气环境。

他们在锂阳极上覆盖了一层碳酸锂薄层，该薄层可以选择性地允许来自阳极的锂离子进入电解质，同时防止不需要的化合物到达阳极。

在锂空气电池中，阴极只是空气进入电池的地方。在锂空气电池的实验设计中，氧气与构成空气的所有其他气体一起通过碳基海绵状晶格结构进入电解质。

Salehi-Khojin和他的同事用二硫化钼催化剂涂覆了晶格结构，并使用了由离子液体和二甲基亚砜(一种电池电解质的常见成分)制成的独特混合电解质，有助于促进锂-氧反应，使锂与其他元素的反应最小化空气中，提高电池效率。

Salehi-Khojin说：“我们通过重新设计电池的每个部分来进行完整的架构检修，帮助我们实现了我们想发生的反应，并防止或阻止了那些最终导致电池失效的反应。”

UIC团队构建，测试，分析并表征了电池。Argonne研究小组与UIC和加利福尼亚州立大学的同事一起进行了计算分析。