鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2440次 | 2018年05月25日
鋰空氣電池和鋰硫電池都是未來真正動力電池?
盡管目前鋰離子電池還有發(fā)展?jié)摿?,從長遠(yuǎn)來看對電動汽車來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。無論如何必須尋找其他類型的電池。綜觀現(xiàn)在各類電池的研究進(jìn)展,普遍認(rèn)為鋰空氣和鋰硫電池有比較大的潛力。
鋰硫電池早在1940年就有研究,而鋰空氣電池最近才引起關(guān)注。
下圖列舉了各類電池電動汽車的續(xù)航能力,目前鋰離子電池為160公里,繼續(xù)優(yōu)化鋰離子電池未來有望達(dá)到200公里,要真正有競爭力,能行駛500公里以上,未來很可能需要采用鋰空氣電
如下羅列了鋰空氣和鋰硫電池的特點(diǎn),問題,及發(fā)展前景。
鋰空氣(無水型,或有機(jī)電解液型)
正極空氣電極受空氣中二氧化碳和水蒸氣的影響,透氣膜有待開發(fā)。目前無特制透氣膜的話電池壽命僅幾個小時,最好的透氣膜電池壽命1個月。
電解液是大問題,必須化學(xué)穩(wěn)定,導(dǎo)離子,溶解氧,擴(kuò)散氧,不易揮發(fā)。目前常用碳酸丙烯酯,但放電過程中易受到氧氣影響而降解。最近有報道使用醚類,穩(wěn)定但充電是不能釋放全部氧。
電壓取決于正極催化劑的使用。目前常用alfa二氧化錳,最新研究有用碳材料的。還不清楚催化劑是否促進(jìn)電解液分解影響其穩(wěn)定性。
正極氧還原在鋰存在下常被認(rèn)為是一個電子轉(zhuǎn)移。
充放電的正極反應(yīng)路徑不一樣,引起充放電電壓不一致,常為0.7伏差異。
金屬鋰負(fù)極的安全性,剩余金屬鋰問題或載體問題。
鋰空氣(有水型)
始于2007年。
最大問題為保護(hù)金屬鋰負(fù)極,避免接觸水電解質(zhì),使用一層絕緣但鋰離子能通過的膜。
不需要防止空氣中水(蒸氣)的入侵,但還是要防止二氧化碳。
水電解質(zhì)參與電極反應(yīng),放電過程中被消耗引起氫氧化鋰飽和,流動設(shè)計有可能解決這個問題。
為提高容量,必須允許使用固體氫氧化鋰,這里需要一個離子交換膜來解決這個問題。
氧還原問題,需要催化劑。
鋰硫電池
正極還原硫,最終得到硫化鋰,已經(jīng)有幾十年的研究。
優(yōu)點(diǎn):硫便宜,高理論容量。
問題:硫?qū)щ姴?,正極反應(yīng)得到固體硫化鋰,所以充電循環(huán)次數(shù)少,速率慢;形成不同中間產(chǎn)物,正負(fù)極間流動消耗,容量迅速降低;金屬鋰和電解液界面難以控制。
最近研究:使用多孔正極改善導(dǎo)電性;使用有機(jī)硫高分子正極;電解質(zhì)問題。
總的來說,從總成本來看鋰硫比鋰空氣電池更接近市場化。但鋰硫電池的問題幾十年沒解決,而鋰空氣研究時間尚短。
整體來說化學(xué)問題還沒理解清楚,目前很難商業(yè)化。
很難說哪個將來會最終商業(yè)化,也可能都不會,但目前沒更好的辦法。
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