锂空气电池可以超过锂离子提供电力

许多电动汽车的所有者希望电池组,能增强他们的车辆超过一千英里一次充电。伊利诺斯理工学院的研究人员(IIT)和美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室已经开发出一种锂空气电池可以使这个梦想成为现实。团队的新电池的设计也会有一天实力国内飞机和长途卡车。

主要的新组件在这个锂空气电池固态电解质而不是通常的液体。电池固体电解质不受安全问题中使用的液体电解质锂离子电池和其他类型,这就会引起过热和着火。

更重要的是,球队的化学电池的固体电解质可以提高四倍以上的能量密度的锂离子电池,从而延长练习场。

“十多年来,科学家们在阿贡和其他地方已经加班开发一个锂电池,利用空气中的氧气,”拉里·柯蒂斯说,阿贡杰出学者。“锂空气电池投射能量密度最高的电池技术被认为是下一代电池锂离子以外。”

过去锂空气设计,锂在锂金属阳极移动通过电解液结合氧气在放电,产生过氧化锂(Li2O2)或过氧化物阴极(LiO2)。过氧化氢或超氧化物锂于是被分解成其锂和氧组件在充电。这个化学序列存储和释放能量的需求。

团队的新固态电解质由陶瓷制成的高分子材料纳米颗粒形式相对廉价的元素。这个新固体使化学反应产生锂氧化物(Li2O)放电。

“锂超氧化物的化学反应或过氧化只涉及一个或两个电子存储/氧气分子,而锂氧化物包括4个电子,”阿贡化学家Rachid胺说。更多的电子存储意味着更高的能量密度。

团队的锂空气设计取得了four-electron第一锂空气电池在室温下反应。它还运营与氧气由空气从周围的环境。运行与空气的能力避免操作需要氧气瓶,与早期的设计问题。

团队使用许多不同的技术来建立four-electron反应是发生。关键技术之一是透射电子显微镜(TEM)在阴极表面放电的产品,这是在阿贡的纳米材料中心,美国能源部科学办公室的用户设备。TEM图像提供了宝贵的见解four-electron放电机制。

过去测试锂空气电池遭受非常短的生命周期。团队建立这个缺点不是这样为他们的新电池1000年设计建造和运营一个测试细胞周期,证明其稳定重复充放电。

”进一步发展,我们期望我们的新设计的锂空气电池也达到创纪录的每公斤1200瓦特时的能量密度,”柯蒂斯说。“近四倍比锂离子电池”。

参考:Kondori, Esmaeilirad M, Harzandi点,等。一个房间温度可充电Li2O-based锂空气电池固态电解质启用。科学。2023,379 (6631):499 - 505。doi:10.1126 / science.abq1347

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