英国科学家再造新电池 或将大大增加电动汽车行驶范围

英国科学家发明了一种高效的锂氧电池,可能最终将取代锂离子电池,将大大增加电动汽车行驶范围。

剑桥大学的化学工程师宣布创造了锂氧电池,为取得该项技术的发展,克服了许多阻碍,包括电力、价格和规模方面的障碍。

理论上讲,他们的能量密度是锂电池的十倍,因此,锂氧或锂-空气电池被称为最终电池。这样的高能量密度比得上汽油,电动汽车使用该种电池将只需要花费五分之一的成本,重量也是现有电池的五分之一,每次充电将能够行驶400英里。

然而,与其他下一代电池一样,锂氧电池若想取代汽油,需要克服现实的一些阻碍。

剑桥大学的研究人员在先进的实验室演示了如何克服这些障碍,并且通过先前的实验,展示了具有高能力、高能源效率和高稳定性的锂氧电池。

他们的演示依赖于一个高度多孔,蓬松的碳电极制成石墨烯(包括单原子厚度的碳原子),和通过添加剂改变电池的化学反应,使其更稳定和更有效率。发表在《科学》杂志上的该项研究是有前途的,但是研究人员警告说,一个实际的锂空气电池仍然至少需要10年时间。

我们每天使用的许多科技产品逐渐变得越来越小,更新越来越快,而且也越来越便宜–当然电池也不例外。除了智能手机可能能连续几天不用充电,制造一个更好的电池的挑战,受到了广泛采用的两种主要清洁技术的阻碍:电动汽车和太阳能发电的电网规模的存储。

我们使用的笔记本电脑和智能手机采用的是锂电池,负极是由石墨(碳的一种形式),正极是金属氧化物,如锂钴氧化物和电解液是锂盐溶解的有机溶剂,电池的运动取决于锂离子在电极之间的运动。锂离子电池虽然很轻,但是储存能量随着使用年限增加会恶化,并且其相对降低的能量密度他们需要频繁充电。

在过去的十年里,研究人员一直在开发各种替代锂离子电池的替代品,由于其极高的能量密度,锂空气电池被认为是最佳替代品。但是,先前的尝试表明其有很低的效率,较差的速度性能,不必要的化学反应,并且只能在纯氧环境下运作。

相比于早些年的非水锂空气电池的尝试,剑桥的研究人员已经开发一种化学品,依靠氢氧化锂(LiOH)代替过氧化锂(Li2O2)。随着水的加入和使用锂作为一个“介质”,他们的电池显示化学反应得更少,这可以减少电子的损耗,使其在多次放电和充电周期中更平稳。

通过精确的工程结构的电极,改变它的高度多孔形式的石墨烯,加入碳酸锂,并改变电解质的化学成分,研究人员能够减少充电和放电的电压差距至0.2伏。一个小的电压差距等于一个更有效的电池–以前版本的锂空气电池只能设法把差距缩小到0.5–1伏,而0.2伏电压差距更像是一个锂离子电池,相当于93%的能源效率。

此外,锂氧电池只能在纯氧环境下使用,而我们周围的空气含有二氧化碳,氮和水分,所有这些通常对金属电极是有害的。

该大学的化学系的克莱尔·格雷教授说:“我们已经取得的成就是这项技术的显著进展,虽然对该项新的研究领域,我们还没有解决所有化学固有的问题,但我们的研究结果将引导我们走制造实用设备的路线。”

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