新型电池可以克天富平台优势服锂空气电池的关键缺陷

时间:2021-01-14 13:23 作者:http://zdtnx.com.cn/ 分享到:
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麻省理工学院的工程师提议,一种新的锂氧电池材料可以封装在与传统密封电池非常相似的电池中,但可以为其重量提供更多的能量。
 
锂空气电池被认为是电动汽车和便携式电子设备的极具前景的技术,因为它可以产生与重量成比例的高能量输出。但这种电池有一些相当严重的缺点:它们浪费了大量的注入能量作为热能,而且降解相对较快。它们还需要昂贵的额外部件来将氧气泵入和泵出,这种开放式电池结构与传统的密封电池非常不同。
 
但是,一种新的电池化学变体——可以用于传统的全密封电池——有望获得与锂空气电池相似的理论性能,同时克服了所有这些缺点。天富平台优势
 
麻省理工学院巴特尔能源联盟(Battelle Energy Alliance)核科学与工程教授李菊(Ju Li)在《自然能源》(Nature Energy)杂志上发表的一篇论文中描述了被称为纳米锂离子阴极电池的新概念。博士后朱;另外五家分别在麻省理工学院、阿贡国家实验室和中国北京大学。
 
锂空气电池的一个缺点是,Li解释说,电池充电和放电时的电压不匹配。电池的输出电压比充电电压低1.2伏特以上,这意味着在每次充电周期中会发生显著的功率损失。“在充电过程中,你会浪费30%的电能作为热量。如果你充电太快,它实际上会燃烧。”
 
保持固体
 
传统的锂空气电池从外部空气中吸收氧气,在放电循环中与电池中的锂发生化学反应,然后在充电循环的反向反应中,这些氧气又被释放到大气中。天富平台优势
 
在新版本中,锂和氧在充放电过程中也会发生同样的电化学反应,但它们不会让氧恢复为气态。相反,氧停留在固体中,并在三种氧化还原状态之间直接转换,同时以三种不同的固体化合物的形式结合,即Li2O、Li2O2和LiO2,它们以玻璃的形式混合在一起。这将电压损耗降低了5倍,从1.2伏特降到0.24伏特,所以只有8%的电能转化为热能。“这意味着汽车充电速度更快,因为电池组的散热不是安全问题,同时也有利于提高能源效率,”李说。
 
这种方法有助于克服锂空气电池的另一个问题:当充放电过程中的化学反应将氧气转化为气态和固态形式时,这种材料会发生巨大的体积变化,破坏结构中的导电路径,严重限制其使用寿命。
 
新配方的秘密在于创造出纳米级(一米的十亿分之一)的微小粒子,这些粒子以玻璃的形式包含锂和氧,紧紧地限制在氧化钴的基质中。研究人员将这些粒子称为纳米锂。在这种形式下,LiO2、Li2O2和Li2O之间的转变完全可以在固体材料内部发生,他说。
 
纳米锂粒子通常非常不稳定,因此研究人员将它们嵌入钴氧化物基质中,钴氧化物基质是一种海绵状材料,只有几纳米宽的孔隙。基质可以稳定粒子,也可以作为它们转化的催化剂。
 
传统的锂空气电池,李解释说,“实际上是锂干氧电池,因为它们真的不能处理水分和二氧化碳,”所以必须小心地将这些物质从供给电池的空气中清除出去。“你需要大型的辅助系统来去除二氧化碳和水,这是非常困难的。“但新电池不需要吸进任何外部空气,从而避免了这个问题。”
 
没有收费过高
 
研究小组说,这种新电池天生就能防止过度充电,因为这种情况下的化学反应自然是自我限制的——当过度充电时,反应转移到另一种形式,从而阻止进一步的活动。“对于一个普通的电池,如果你过度充电,它可能会造成不可逆转的结构损坏,甚至爆炸,”李说。但是对于nanolithia电池,“我们已经对电池过度充电了15天,达到了其容量的一百倍,但没有任何损坏。”
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