锂空气电池论文的研究进展情况

使能量密度达到现有任何电池的三倍，研究显示金属催化物在提高电池效率上起到重要作用。该校机械工程和材料科学与工程副教授YangShao-Horn表示，许多研究团队如今正致力于锂-空气电池的研究，但目前还缺乏对何种电极材料能够促进电池内部电化学反应发生的理解。Shao-Horn和其团队成员在4月1日出版的《电化学与固态快报》上报道了其研究成果，在锂-空气电池中使用金或铂金电极作为催化剂具有比单一碳电极高得多的反应活性和效率。此外，这项研究也为进一步研究寻找更佳的电极材料，如金和铂金或其他金属的合金材料或金属氧化物材料以及减少使用昂贵材料奠定基础。论文的第一作者、博士生Yi-ChunLu指出，研究团队开发了一种分析电池中不同催化剂活性的方法，现在可以基于这项研究来试验多种可能的材料，以确定控制催化剂活性的物理特性，最终能够预测催化剂的反应活动。锂-空气电池原理与锂离子电池类似，而后者目前是便携式电子产品使用的主要电源，而且在电动汽车电源的竞争中也占据了领先地位。但由于锂-空气电池使用了碳基空气电极和空气流替代锂离子电池较重的传统部件，因此电池质量更轻，这也使得包括IBM和通用汽车等大企业纷纷投身于锂-空气电池技术的开发当中。但锂-空气电池在成为可商用化产品之前还有一系列的问题需要解决，其中最大的问题是如何确保在经过了许多次的充放电过程后仍能保持其电力水平，可用在电动汽车或电子产品中。研究人员还需要详细研究充放电过程的化学问题，如产生了那些化合物，在哪里产生，以及它们之间如何相互反应等。Shao-Horn坦承，目前这方面的研究还处于初级阶段，部分企业将锂-空气电池研究视之为10年期的研发项目，但这是一个非常有前景的领域，如果能够克服许多科学和工程挑战，真正实现能量密度达到目前锂离子电池的两到三倍，将能够首先应用在便携式电子产品如笔记本电脑和手机上，降低成本后更可作为电动汽车电源。该项研究受到美国能源部的资助，MartinFamilySocietyofFellowsforSustainability和美国国家科学基金会也给予了支持。根据《日刊工业新闻》报道，日本旭化成株式会社和Central硝子株式会社两家企业正式参加美国IBMAlmaden Reseach Center正在进行的锂空气电池研究项目。按照该项目研究分工，旭化成将利用其掌握的先进膜技术，负责开发重要的有关膜部件；Central硝子负责开发新型电解液和高性能添加剂。研究小组计划到2020年实现锂空气电池的大量生产和推广应用。

锂空气电池(LABs)是改进当前储能技术的众多途径之一。这种电池及其他金属-空气电池因具有高能量密度潜力，受到研究人员青睐。然而，开发此类技术也存在一定挑战，如效率低和循环寿命短。 据外媒报道，日本国家材料科学研究所（National Institute for Materials Science）和软银集团（Softbank）的研究人员开发了一种可充电的锂空气电池。据称这种电池的能量密度，远远超过传统锂离子电池。 与其他处于研究层面的LABs一样，该电池依靠锂为负极，氧用于多孔碳正极。该设备中含有10个堆叠电芯，尺寸为4 cm 5 cm，单层电芯中带有2 cm 2 cm的电极。研究人员表示：“在堆叠式电芯结构中，氧气需要在气体扩散层中沿水平方向传输。然后，氧气需要进一步向垂直方向输送，才能穿过整个正极部分。” 在室温下运行时，这种电池的重量能量密度为500 Wh/kg，约为目前锂离子电池的两倍。就能量密度和循环次数而言，其表现非常卓越。 研究人员指出，已有许多报告证明，LAB可成功运行超过100次循环，实现长时间充/放电过程。然而，在实际的电芯层面上，估计其能量密度低于50 Wh kg -1。这是因为电芯中的电解质过量和/或电芯是在相当小的面积容量条件下运行的。 相比之下，那些能量密度超过300 Wh kg -1的LABs ，循环次数则少于20次。 据介绍，这种新开发的存储设备拥有广泛的潜在应用，包括住宅电力存储系统、电动 汽车 、无人机和物联网（IoT）设备。