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制約鋰氧電池實用化的重要參數是什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:1415次  |  2018年05月16日  

  鋰空電池技術一直是受到人們重視的熱點技術,其理論能量密度高得到了大家的一致期待,但是該技術的問題和挑戰也一直非常多。更有不少業內人士指出:“鋰空氣電池結合了燃料電池和鋰離子電池的缺點”、“反應副反應太多”等一系列問題。在這里,筆者也想基于此文進展和工業界對于電池技術的期望,簡單展望一下鋰空電池技術的前景。


  增加了保護層,該層實際上是以增大了內阻(增加初始極化)的代價換取了穩定性和循環壽命。因此我們可以看到,在低反應電流的條件下,第一周循環的極化電壓差較大(0.88V),而隨著循環進行體系性能進一步發生了衰減,50周后為1.3V,550周后為1.62V。對比之下,在小電流下商用的鋰離子電池常常只有0.1V左右的過電勢,仍然可以明顯說明鋰空電池技術距離實用化的距離。


  鋰空電池這樣大的極化對應到的能量轉化效率實際上只有60~70%,這對于實際使用來說還是一個非常難以接受的數據,對于動力電池方面尤其如此。另外,與很多納米相關的研究方向一樣,鋰空電池的研究成果對于體積比能量(Wh/L)的報道也很少,而這一參數對于動力電池領域也是一個至關重要的參數。在此再次援引JEFFDAHN教授的報告中的內容,其指出鋰空電池的理論體積比能量是3400Wh/L(大約是鋰離子電池的三倍),因此在這方面雖然有優勢,但是并不如想像那么大。而如果考慮到鋰負極應用時需要的鋰過量,可能優勢就更小了。因此鋰空技術的實用化,也需要鋰金屬電極技術的進步。

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  鋰空與鋰離子電池的體積比能量對比(理論值),摘自JeffDahn的報告《ElectricallyRechargeableMetal-airBatteriesComparedtoAdvancedLithium-ionBatteries》


  另外在該文中,似乎完全沒有提及質量比能量(單位Wh/kg)。要知道做鋰空,我們“圖的”就是高比能量——因為鋰空的其它性能其實并不理想。因此我們也非常期望作者能有進一步的工作放出,給我們這方面的信息和指導。另外,二次鋰空電池的成功使用仍然不能擺脫對于合適的ORR/OER的催化劑的依賴,而能找到能同時勝任這兩個功能的材料就更是困難。

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