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锂空气电池新突破 让电动汽车续航里程不再头疼

导读: 近年来电动汽车已不仅仅是一个概念,而是在逐步走进人们的生活。最近有研究人员宣布,锂空气电池的稳定性获得突破。如果新技术能投入商用,那么未来电动汽车将有望拥有与传统燃油汽车相同甚至更强的续航能力,电动车不受待见的命运或将由此逆转。

  近年来电动汽车已不仅仅是一个概念,而是在逐步走进人们的生活。不过相比传统燃油汽车火热受捧的局面,电动车却是门可罗雀,与前者形成强烈反差,症结就在于电池的寿命、续航里程依旧让人头疼。

  不过科技在进步,创新时刻在发生。最近有研究人员宣布,锂空气电池的稳定性获得突破。如果新技术能投入商用,那么未来电动汽车将有望拥有与传统燃油汽车相同甚至更强的续航能力,电动车不受待见的命运或将由此逆转。

  锂空气电池寻求突破

  多年来,研究人员一直希望能用锂空气电池代替传统的锂离子电池,因为前者拥有更强的蓄电能力,比性能最好的锂离子电池都要高出 10 倍以上,可提供与汽油同等的能量。锂空气电池从空气中吸收氧气充电,因此这种电池可以更小、更轻。

  锂空气电池虽然具有广阔的应用前景,但由于内部结构的不稳定性,难以找到可用的电解液和电极材料,在几次充放电之后就会解体,这让锂空气电池迟迟无法进入消费市场。

  锂空气电池在放电时,阳极的锂释放电子后成为锂阳离子,锂阳离子穿过电解质材料,在阴极与氧气以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂或者过氧化锂,并留在阴极,充电过程则相反。整个充放电循环要求有稳定的电极与电解质环境。但是在之前的研究中,人们始终无法维持这两者的稳定性,被当做阴极的碳棒会与电解质产生各种意料之外的副反应,从而导致碳棒逐渐解体,几次充放电循环过后,一块锂空气电池就彻底无法使用了。这使得科学家们不得不在研究中另辟蹊径。

  以黄金作电极

  近日,来自苏格兰圣安德鲁斯大学的研究人员为锂空气电池的突破带来喜讯,其解决方法就是金子。他们的研究成果已发表在《科学》(Science)上。

  由彼得·布鲁斯领导的研究人员制造出了一种使用DMSO(二甲亚砜)作为电解液,并用多孔的黄金作为电极的锂空气电池实验模型,这种实验电池在充放电100次以后,其电池容量仍能保持最初的95%。

  研究团队将传统的碳阴极换成了惰性的纳米级金阴极,其稳定性要远高于碳棒;他们还将之前由聚碳酸酯(polycarbonates)或聚醚(polyethers)制作的电解液,换成了一种名叫二甲基亚砜(DMSO)的导电溶液,这种溶液不那么容易在阴极发生反应。事实证明他们成功了,新的 “纳米金 - 二甲基亚砜” 组合的稳定性要远远超出原有组合。

  “锂离子电池的储能密度很高,从这点来看它是我们的最佳选择。它已经逐渐渗透到我们的生活,包括在电动汽车上的应用。”布鲁斯说,“我们也发现,现在汽车电池的储电量至少再扩充一倍才能真正满足行驶的要求。这一点传统锂离子电池无法企及,所以我们才将目光投向了锂空气电池。”

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