在同等(deng)重量下，鋰(li)-空氣電池可以提供更多電力(li)，因此被廣泛應用(yong)于電動汽車和其他移動電子設備。然而，鋰(li)-空氣電池有不少缺點：發熱高(大量化學能轉化成了熱能而沒(mei)有提供給設備)、壽命短、制作(zuo)工(gong)藝昂貴而復(fu)雜(向電池內充放空氣需要價格昂貴的設備，并且(qie)非常麻(ma)煩)。

近(jin)日，麻省理(li)工學院核(he)工程(cheng)教授李巨，博士(shi)后朱志(音(yin)譯，ZhiZhu)及其(qi)他五位工作于(yu)麻省理(li)工、阿爾(er)貢國家(jia)實驗室和(he)北(bei)京大學的作者在《自然˙能(neng)源》期刊發文(wen)，報道了一種被(bei)稱為“納(na)米鋰(li)陰極”的新技術，該技術可(ke)以(yi)(yi)用來制造性能(neng)和(he)鋰(li)-空氣電池(chi)相(xiang)仿的封閉式(shi)鋰(li)電池(chi)，以(yi)(yi)克服上述問題。

李巨表示，鋰-空氣電池的弱點之一是充電和放電電壓不等，放電電壓比充電電壓低1.2伏，因此每次充電過程中，以熱能形式損失的能量高達30%。“如果你充電太快，你的鋰電池真的(de)有可能(neng)燒起來。”

把氣體關起來

傳統鋰(li)-空(kong)氣(qi)電(dian)池放電(dian)時(shi)，利(li)用空(kong)氣(qi)中(zhong)的氧氣(qi)與電(dian)池中(zhong)的鋰(li)發生化(hua)學反應。在(zai)充電(dian)時(shi)，鋰(li)氧化(hua)物中(zhong)的氧又被釋(shi)放到大(da)氣(qi)中(zhong)。

新的納米鋰(li)陰(yin)極電池同樣利用(yong)了氧(yang)(yang)(yang)元素和(he)鋰(li)的作用(yong)。區(qu)別在(zai)于，放(fang)電時(shi)，氧(yang)(yang)(yang)不會再以氣體形式(shi)釋放(fang)，而是(shi)被(bei)(bei)封閉(bi)在(zai)固體中。具體來說，氧(yang)(yang)(yang)以三(san)種氧(yang)(yang)(yang)化(hua)還原態被(bei)(bei)封閉(bi)在(zai)三(san)種固體化(hua)合物(wu)中——Li2O，Li2O2和(he)LiO2，這三(san)種物(wu)質又(you)被(bei)(bei)包繞在(zai)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鈷玻璃里。

這(zhe)么(me)做的好(hao)處就是(shi)，將(jiang)納米(mi)鋰陰極電(dian)池將(jiang)充放(fang)電(dian)時的電(dian)壓差降低了5倍——從1.2伏降至0.24伏，因此只有8%的能量在(zai)充電(dian)時以熱(re)能形式損(sun)失。這(zhe)意味著可以對汽車電(dian)池以更快的速度充電(dian)而不(bu)必擔(dan)心過熱(re)起火。

鋰-空氣電池的第二項缺點是：以氣體形式釋放的氧會破壞電池中的離子通道，因此降低了鋰電池的壽命。

新技術用(yong)二氧(yang)化鈷玻(bo)璃把鋰和氧(yang)包(bao)裹在納(na)米(mi)(mi)尺(chi)度(du)的(de)(de)空間中(zhong)，科學家把這種結構稱為納(na)米(mi)(mi)鋰。這樣(yang)，LiO2，Li2O2，和Li2O的(de)(de)變換(huan)就不(bu)會改(gai)變材料宏(hong)觀結構。此外，由于納(na)米(mi)(mi)鋰顆(ke)粒(li)本身非常不(bu)穩定，而(er)具有納(na)米(mi)(mi)通(tong)道的(de)(de)二氧(yang)化鈷玻(bo)璃能則正好夠穩定它們。二氧(yang)化鈷同時(shi)還在充放電(dian)中(zhong)扮(ban)演了催化劑(ji)的(de)(de)角色。

李巨表示，傳(chuan)統鋰(li)-空氣(qi)電池實際(ji)上只不(bu)過是鋰(li)-氧電池，因(yin)(yin)為空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)水汽(qi)和二氧化碳(tan)會跟鋰(li)發生副反(fan)應，因(yin)(yin)此鋰(li)-空氣(qi)電池使用(yong)起來必須配備龐大的(de)(de)輔助系統，以除去水汽(qi)和二氧化碳(tan)，這是個(ge)步(bu)非常困(kun)難的(de)(de)步(bu)驟。而新的(de)(de)固(gu)體(ti)鋰(li)電池已經沒(mei)有了(le)這個(ge)問題。

自帶防過充功能

新的固體鋰電池還自帶防過充電功能，因為電池中的化學反應會通過負反饋自我調節，當電充滿時，反應自動停止。傳統電池若過充電，將對電池造成不可逆地損害，甚至爆炸。但是固體鋰電池在實(shi)驗中連(lian)續充電15天，充電電量(liang)百(bai)倍于電池容(rong)量(liang)，但是(shi)電池毫發無損。

在(zai)充(chong)放(fang)電實(shi)驗中，固(gu)體鋰電池充(chong)放(fang)電120次，容量只損失2%，這意味著遠(yuan)遠(yuan)超過了傳統(tong)鋰-空(kong)氣電池的(de)壽(shou)命。由(you)于(yu)固(gu)體鋰電池無(wu)需輔助的(de)空(kong)氣凈化系統(tong)，因此它能便捷地應用于(yu)電動汽車，甚至是電網(wang)級儲能站。

由于(yu)固態氧陰(yin)極比(bi)鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)陰(yin)極輕得多，因此新(xin)的(de)(de)固體(ti)鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)可以比(bi)同等重量的(de)(de)鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)存(cun)多一倍的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量。隨著(zhu)技術的(de)(de)改進，新(xin)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量還能再提(ti)高(gao)一倍。

新電(dian)(dian)池的(de)(de)更大優勢在于它(ta)無需使(shi)用昂(ang)貴的(de)(de)稀有材料。該電(dian)(dian)池的(de)(de)碳酸(suan)鹽(yan)電(dian)(dian)解質非(fei)常便(bian)宜。此(ci)外，二氧(yang)化(hua)鈷玻璃比(bi)納米鋰(li)顆(ke)粒輕(qing)50%。因此(ci)，與鋰(li)-空氣電(dian)(dian)池比(bi)較(jiao)，新電(dian)(dian)池非(fei)常便(bian)宜，安全，且有大規模應用的(de)(de)潛力。研究團隊計劃1年內完成實用原型的(de)(de)制造。

未(wei)參加該項目的俄勒岡州立大學副教授季旭磊(音(yin)譯，XiuleiJi)表示，新型鋰電池(chi)技術的性能相比(bi)于傳統的鋰-空氣(qi)電池(chi)有重大進步。超氧化(hua)物溶質(zhi)在碳酸鹽(yan)電介質(zhi)中工作得很好(hao)，完全無需氧氣(qi)的介入。在充放電過程中，陰極材料都是固體，因此新電池(chi)的安裝(zhuang)和使(shi)用(yong)很方(fang)便(bian)。