3月21日，芝加哥伊利諾伊大學和阿貢國家實驗室的研究人員設計了一種新型空氣鋰電池，可在自然空氣環(huán)境下工作，并能達到750次無損耗充放電循環(huán)。相關研究已經被發(fā)表在《自然》雜志上。

能量無限的空氣鋰電池

鋰電池作為目前使用最為廣泛的儲能方式，相關研究一直方興未艾，而研究的目的殊途同歸都是為了擴大容量，提高能量密度。既然叫做鋰電池，那么陽極必定是就是鋰，因此很多研究也就是對陰極和電解液做文章，除了各種金屬，近年來越來越流行一種直接將空氣當做陰極的鋰電池。

理論上來講，如果將空氣當做陰極，似乎就能形成無限大的能量密度，因為空氣是取之不盡的，只要能夠保證空氣陰極不斷進行反應，那么空氣鋰電池的容量就無上限。

當然這么好的事情要實現起來并不簡單，實際上陰極必須要和空氣中氧氣發(fā)生反應才能保證電池運作，因此這種電池也被稱作鋰氧電池，然而空氣中又有太多雜質，加上用氧的氧化還原反應對電解液的要求非常高。

這樣一來，在發(fā)電過程中必定會發(fā)生各種副反應，導致陰極在反應過程中被各種反應物、廢料堆積，循環(huán)不到幾次就不能再使用。此前最好的記錄還是2016年MIT的120次充放電鋰氧電池，超過這個次數電池就會產生損耗。

全面改進

此次的改進除了針對電池的陰極，研究人員連鋰金屬陽極和電解液都做了不同程度的改善。

首先，研究人員在陰極周圍使用了一個碳制造的海綿狀晶格結構包圍層，晶格上還涂有二硫化鉬催化劑，目的就是阻止空氣中的二氧化碳、水蒸氣等雜志對氧化還原反應造成影響。

然后，在金屬鋰的陽極基礎上還涂覆了一層碳酸鋰薄層，該涂層能夠選擇性地允許鋰離子進入電解質，同時防止不想要的化合物到達陽極。

電解液方面，研究人員使用由鋰離子液體和二甲基亞砜的混合電解質，此前大部分是使用碳酸這有助于促進鋰氧反應，使鋰與空氣中其他元素的反應最小化，降低了其他副反應的發(fā)生。

最后，通過這些方法制成的電池能夠做到750次的無損耗充放電使用，刷新了空氣鋰電池的充放電記錄。

此次研究負責人包括伊利諾伊大學的3位助理教授MohammadAsadi、FatemehKhalili-Araghi和RobertKlie，雖然前兩位為物理學院，最后一位在化學學院，但他們的研究對象均包括各種新型材料，只是出發(fā)點為物理性質或者化學性質，他們發(fā)表此前發(fā)表的論文總共被引用超過8000次。另外，阿貢國家實驗室此前就對空氣鋰電池頗有研究，上面提到的MIT的鋰電池就有阿貢國家實驗室的幫助。

當然，空氣鋰電池雖然理論上非常有吸引力，但要真正商業(yè)化落地還差很遠，哪怕是這次的750次充電，如果整合進電動車，按照日常使用恐怕2年就不行了。除了要需要繼續(xù)探索可避免副反應的材料之外，性價比也是關鍵因素，此次研究團隊絲毫未提及價格的問題，這其中的各種稀有金屬的價格恐怕也會制約空氣鋰電池的商業(yè)化落地。