日本研究人員成功地制造了一種性能明顯高于現(xiàn)有鋰離子電池的設(shè)備。
研究人員已經(jīng)在一種新型電池的能量密度和循環(huán)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(shè)備。
日本國立材料研究所（NIMS）的研究人員與軟銀集團(tuán)（SoftBank Corp.）合作，研發(fā)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(huán)境下充放電。
研究人員說，研發(fā)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(yè)化應(yīng)用奠下基石。
發(fā)揮其潛力
盡管科學(xué)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(fā)表的論文摘要中了解到，傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度正開始達(dá)到其極限，以滿足電動汽車和無人駕駛飛行器等先進(jìn)儲能設(shè)備的要求，這些設(shè)備白天緩慢充電，夜間放電。
NIMS高級研究員Shoichi Matsuda帶領(lǐng)研究團(tuán)隊，和許多其他人一起探討鋰離子電池設(shè)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(yīng)用領(lǐng)域下一代可充電電池的潛在候選產(chǎn)品。”
研究人員指出，事實上，僅有少數(shù)高能量密度的鋰空氣電池被制造并開發(fā)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(zhì)），盡管這些非活性元件不參與化學(xué)反應(yīng)，但會使其的重量下降。
（a）日本NIMS與軟銀集團(tuán)共同合作研發(fā)鋰空氣電池的新材料；（b）NIMS-SoftBank先進(jìn)技術(shù)發(fā)展中心研發(fā)的電池制造技術(shù)；（c）能量密度超過500Wh/kg的鋰空氣電池在室溫環(huán)境下可穩(wěn)定充放電循環(huán)。
可能的解決方案
Matsuda研發(fā)團(tuán)隊在NIMS-SoftBank先進(jìn)技術(shù)發(fā)展中心研發(fā)材料，以改善鋰空氣電池的性能，從而實現(xiàn)其高能量密度的潛力。他們還開發(fā)了一種技術(shù)來制造這些設(shè)備，用于各種應(yīng)用。
典型的鋰空氣電池是由鋰金屬箔、隔膜、鋰離子導(dǎo)電非水電解質(zhì)、多孔碳電極以及氣體擴(kuò)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(fù)極進(jìn)行。產(chǎn)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(chǎn)物。”
在研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，以前，設(shè)備無法實現(xiàn)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(zhì)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(zhì)和設(shè)備的面積容量方面取得了平衡。
研究人員說，研究團(tuán)隊現(xiàn)在正研發(fā)高性能電池材料，并計劃將高性能電池材料整合到新研發(fā)的鋰空氣電池中，以進(jìn)一步改善電池循環(huán)壽命。他們的目標(biāo)是實現(xiàn)電池在 NIMS-SoftBank先進(jìn)技術(shù)發(fā)展中心投入實際使用，以加快電池商業(yè)化的可行性。
中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳
