新型鋰電池真的能實現(xiàn)超長續(xù)航嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-01 22:07
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ChristopherWolverton的超級鋰電池理論上可以正常工作。在一項艱巨的任務(wù)中，電池利用氧氣驅(qū)動化學反應，研究人員以前認為這將導致電池變得不穩(wěn)定，但實驗發(fā)現(xiàn)不僅電池能正常工作，并且它性能極高。
Northwestern大學Wolverton研究小組與Argonne國家實驗室的研究人員合作，開發(fā)了一種可再充電的鋰-鐵-氧化物電池，其鋰離子循環(huán)比普通鋰-鈷-氧化物電池多?？芍瞥筛呷萘康碾姵夭⒛軌蚴怪悄茈娫捄碗妱悠嚦掷m(xù)續(xù)航。
“我們對這種電池反應的預測計算是極具前景的，但若無實驗過程進行證實，會出現(xiàn)很多懷疑論者，”Northwestern大學McCormick工程學院材料科學與工程教授Wolverton說，“它實際上起到的作用是極其顯著的”。
鋰離子電池通過在陽極和陰極之間來回穿梭鋰離子進行工作。當電池充電時，離子移回陽極，儲存在那里。陰極由鋰離子，過渡金屬和氧的化合物制成。當鋰離子從陽極移動到陰極并返回時，鈷能有效地儲存和釋放電能，陰極容量隨之受到參與反應的過渡金屬中電子數(shù)量的限制。
“在傳統(tǒng)情況下，過渡金屬可進行反應，”Wolverton說，“因為每個鈷只代表一個鋰離子，所以具有存儲電量的限制，更糟糕的是，目前手機或筆記本電腦中的電池通常只使用陰極的一半鋰。”
鋰-鈷-氧化物電池已經(jīng)上市了20年，但研究人員欲尋求更便宜，更高容量的替代品。Wolverton的團隊利用兩種策略改進了普通鋰-鈷-氧化物電池：用鐵代替鈷，并迫使氧氣參與反應過程。
如果氧氣還可以儲存和釋放電能，電池將具有更高效儲存和使用鋰的能力。雖然其他研究小組過去曾經(jīng)試過這個策略，但是很少有人實現(xiàn)這一點。“之前的問題往往在于，如果你試圖讓氧氣參與反應，化合物就會變得不穩(wěn)定，”Yao說，“氧氣將從電池釋放出來，使反應不可逆轉(zhuǎn)。”
通過計算，Wolverton和Yao發(fā)現(xiàn)了一個可逆轉(zhuǎn)的公式。首先，他們用鐵代替鈷，這是極具優(yōu)勢的，因為它是元素周期表中最便宜的元素之一。其次，通過計算，他們發(fā)現(xiàn)了鋰離子，鐵離子和氧離子的正確平衡，以使氧氣和鐵離子同時驅(qū)動可逆反應，而不會讓氧氣逸出。
Wolverton說：“不僅電池會發(fā)生一個有趣的化學反應，因為我們從金屬和氧氣，而不是鐵來獲得電子。這有可能使更好的電池也將更便宜。”更為重要的是，完全可充電電池由四個鋰離子驅(qū)動，目前的反應可以可逆地利用這些鋰離子中的一種，顯著超過當今電池的容量。但是，用鐵和氧來驅(qū)動反應，會使所有四個循環(huán)極具前景。
