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鋰空氣電池"在美國面世 儲能效率遠高于鋰離子電池

鉅大LARGE  |  點擊量:601次  |  2022年02月28日  

近日,來自美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校、美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室和加州州立大學(xué)北嶺分校的研究人員在《Nature》上發(fā)表了一篇研究成果,稱已經(jīng)成功研發(fā)出“鋰空氣”電池,該技術(shù)產(chǎn)品最終可能成為鋰離子電池的最佳替代者,有可能幫助突破電動汽車里程瓶頸。


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過去的鋰空氣電池工作受到生命周期短和需要使用純氧(因此稱為鋰-氧電池)的阻礙;因此氧氣罐必須是電池系統(tǒng)的一部分,由于但由于所占空間大,使其一般不能用于電動車輛。而最新研發(fā)的使用外部空氣的鋰空氣電池消除了這個問題。


這項工作的主要特點包括鋰金屬陽極的新保護涂層,該保護涂層可防止陽極與氧發(fā)生反應(yīng)從而惡化,以及允許電池在空氣中運行的新型電解質(zhì)混合物。在空氣環(huán)境下的測試中,該電池在700次循環(huán)中保持了高性能,遠遠超過了以前的技術(shù)。


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符合Exic IIB T4 Gc防爆標準

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

“能量儲存容量約為鋰離子電池的3倍,而在進一步研究的情況下,可以實現(xiàn)5倍儲能?!薄斑@將是超越鋰離子電池的重要一步?!敝ゼ痈缫晾Z伊大學(xué)首席研究員AminSalehi-Khojin表示。如果鋰空氣電池可以最終走向市場,電動汽車也將擁有和汽油車同樣級別的續(xù)航里程!這對清潔能源未來的發(fā)展也將有著重要意義。


芝加哥伊利諾伊大學(xué)的研究人員對電池進行了測試、分析和表征,而阿貢的研究人員主要負責基礎(chǔ)科學(xué)計算研究,以確定該系統(tǒng)在空氣中的工作方式,以及哪些因素有助于提高循環(huán)穩(wěn)定性。這項工作由約500個原子大小的系統(tǒng)上的數(shù)十個從頭開始的分子動力學(xué)模擬組成——這樣的計算很密集且需要使用領(lǐng)導(dǎo)級計算設(shè)施。


他們使用納米材料中心(CNM)高性能計算集群在較小尺寸(約200個原子)上進行初始運行;根據(jù)Argonne材料科學(xué)部的助理材料科學(xué)家BadriNarayanan和論文作者的說法,他們每周要用上約128個核心。


在ArgonneLeadershipComputingFacility的Vesta系統(tǒng)上進行了大型系統(tǒng)(500個原子)的更長生產(chǎn)運行。在ALCF上,他們使用了512個計算內(nèi)核,每個運行周期為3周。所有計算均使用高度平行密度泛函理論代碼(VASP)進行。這些新知識對于科學(xué)家繼續(xù)努力開發(fā)全尺寸鋰空氣電池應(yīng)該是至關(guān)重要的。


以下是論文摘要的精華部分:

無人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

“然而,迄今為止,由于涉及陰極、陽極和電解質(zhì)的副反應(yīng),這樣的系統(tǒng)基本上局限于純氧環(huán)境(鋰-氧電池)并且循環(huán)壽命有限。在存在氮氣、二氧化碳和水蒸氣的情況下,這些副反應(yīng)可能變得更加復(fù)雜。此外,由于需要儲存氧氣、鋰-氧體系的體積能量密度對于實際應(yīng)用而言可能太小。在這里,我們看到了一個包含碳酸鋰基保護陽極,二硫化鉬陰極和離子液體/二甲基亞砜電解質(zhì)的系統(tǒng),該系統(tǒng)在模擬空氣環(huán)境中作為鋰空氣電池工作,循環(huán)壽命長達700次。


“我們進行計算研究,以深入了解該環(huán)境中系統(tǒng)的運行情況。這種在類似空氣的氣氛中循環(huán)壽命長的鋰-氧電池的展示是超越鋰離子技術(shù)向該領(lǐng)域發(fā)展的重要步驟,可能獲得比傳統(tǒng)鋰離子電池更高的能量密度離子電池?!?/p>


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