钜大LARGE | 点击量：775次 | 2021年04月06日
UIC研发空气锂离子电池，刷新电池的循环次数
锂离子电池作为目前使用最为广泛的储能方式，相关研究一直方兴未艾，而研究的目的殊途同归都是为了扩大容量，提高能量密度。既然叫做锂离子电池，那么阳极必定是就是锂，因此很多研究也就是对阴极和电解液做文章，除了各种金属，近年来越来越流行一种直接将空气当做阴极的锂离子电池。
理论上来讲，假如将空气当做阴极，似乎就能形成无限大的能量密度，因为空气是取之不尽的，只要能够保证空气阴极不断进行反应，那么空气锂离子电池的容量就无上限。
当然这么好的事情要实现起来并不简单，实际上阴极必须要和空气中氧气发生反应才能保证电池运作，因此这种电池也被称作锂氧电池，然而空气中又有太多杂质，加上用氧的氧化还原反应对电解液的要求非常高。
这样一来，在发电过程中必定会发生各种副反应，导致阴极在反应过程中被各种反应物、废料堆积，循环不到几次就不能再使用。此前最好的记录还是2016年MIT的120次充放电锂氧电池，超过这个次数电池就会出现损耗。
全面改进
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
此次的改进除了针对电池的阴极，研究人员连锂金属阳极和电解液都做了不同程度的改善。
首先，研究人员在阴极周围使用了一个碳制造的海绵状晶格结构包围层，晶格上还涂有二硫化钼催化剂，目的就是阻止空气中的二氧化碳、水蒸气等杂志对氧化还原反应造成影响。
然后，在金属锂的阳极基础上还涂覆了一层碳酸锂薄层，该涂层能够选择性地允许锂离子进入电解质，同时防止不想要的化合物到达阳极。
电解液方面，研究人员使用由锂离子液体和二甲基亚砜的混合电解质，此前大部分是使用碳酸这有助于促进锂氧反应，使锂与空气中其他元素的反应最小化，降低了其他副反应的发生。
最后，通过这些方法制成的电池能够做到750次的无损耗充放电使用，刷新了空气锂离子电池的充放电记录。
此次研究负责人包括伊利诺伊大学的3位助理教授MohammadAsadi、FatemehKhalili-Araghi和RobertKlie，虽然前两位为物理学院，最后一位在化学学院，但他们的研究对象均包括各种新型材料，只是出发点为物理性质或者化学性质，他们发表此前发表的论文总共被引用超过8000次。另外，阿贡国家实验室此前就对空气锂离子电池颇有研究，上面提到的MIT的锂离子电池就有阿贡国家实验室的帮助。
当然，空气锂离子电池虽然理论上非常有吸引力，但要真正商业化落地还差很远，哪怕是这次的750次充电，假如整合进电动汽车，按照日常使用恐怕2年就不行了。除了要要继续探索可防止副反应的材料之外，性价比也是关键因素，此次研究团队丝毫未提及价格的问题，这其中的各种稀有金属的价格恐怕也会制约空气锂离子电池的商业化落地。液态锂离子电池为何会频发爆炸，有专家分析，原因在于传统锂离子电池在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏；电解液为有机液体，在高温下会加剧发生副反应、氧化分解、出现气体、发生燃烧的倾向。
而近年来，学术界、产业界认为采用固态电池在安全性上相对有所保障，视其可以继承液态锂离子电池的江湖地位。
储能的春天已经到来，储能行业开始萌芽开花，在各类储能技术中，电池储能最受关注，也是发展最快的储能技术方向。全固态锂离子电池是规模化储能理想的化学电源。我国科学院电工研究所储能技术研究组陈永翀教授表示。
专家认为，全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本上解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能的理想化学电源。
北京理工大学电动汽车辆国家工程实验室、我国电工技术学会电动汽车辆专业委员会委员孙立清曾表示，相较于传统锂离子电池，固态锂离子电池的差异在于电解质固态化，理论上存在一定的优势。
