Nature：研究人员成功研制出在自然环境中使用的锂-空气电池

日前，伊利诺伊大学芝加哥分校和阿尔贡国际实验室的研究人员已经设计出可以在自然环境中使用的锂-空气电池，并且在750次（新纪录）充放电循环之后仍能工作。此项研究结果发表在 Nature杂志上。

此文章的作者之一，机械工业工程助理教授Amin Salehi-Khojin说：“锂-空气电池的成功是电池领域的一次新革命，对于诠释什么是‘超锂离子’电池也是重要的一步。当然，锂空气电池的“商业化”仍需很多工作。”

锂-空气电池它能比为我们的手机、笔记本电脑和电动汽车提供动力的锂离子电池提供多5倍的能量，多年来一直吸引着电池研究者们，但有几个障碍一直困扰着它们的发展。

锂-空气电池的工作原理是：放电时，正极的锂结合和空气中的氧在负极上产生氧化锂，放电时，氧化锂还原成氧和锂。

遗憾的是，这种实验性的锂-空气电池并不能真正在自然环境中工作，因为锂离子与空气中的二氧化碳和水蒸气的反应使得正极锂氧化，负极上产生副产物。而这些副产物会使负极胶化，最终形成涂层包覆在电极上，导致电池失效。这些实验性电池依靠的是实验室环境（纯氧状态），因此氧气的可燃性风险限制了它们的实用性。

文章的作者之一，阿尔贡实验室杰出研究员Larry Curtiss说:“一些研究人员已经进行了锂-空气电池的尝试，但最终由于很差的循环性而失败。”

UIC-Argonne团队已经克服这些挑战–通过“正极、负极和电解液”（电池的三要素）的独特结合来阻止正极氧化，负极集聚副产物，使得锂空气电池可以在自然环境中使用。

他们在阳极锂上涂上一层薄薄的碳酸锂，这样可以选择性地让阳极中的锂离子进入电解液，同时防止不需要的化合物到达阳极。

在锂-空气电池中，负极就是接收空气。在锂空气电池的实验设计中，氧气及其他气体一起组成空气通过隔膜（以碳为基础的海绵状晶格结构）进入电解液中。

Salehi-Khojin和他的同事用一种硫酸氢钼盐催化剂来涂覆这种晶格结构，又使用由离子液体和二甲亚砜（电解液常见组分）组成的独特电解液，来促进正极的锂和氧反应，减少锂与空气中其他元素的反应，进而提高电池效率。

Salehi-Khojin说：“我们通过重新设计电池的每一个部分来进行电池的架构改革，帮助我们实现想要的反应并阻止副反应。”

UIC团队构造、测试、分析、描述每一个纽扣电池。此外，阿尔贡团队及加州州立大学的同事也对电池进行了计算分析。

原文来自rdmag

化学慧纳米材料系列产品