多少年來(lái),研究人員一直希望能用鋰空氣電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋰離子電池,因?yàn)殇嚳諝怆姵氐男铍娔芰Ρ刃阅茏詈玫匿囯x子電池都要高出10倍以上,但是由于鋰空氣電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,它在幾次充放電之后就會(huì)解體,這讓鋰空氣電池遲遲無(wú)法進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)。
最近終于有研究人員宣布制造出了第一塊具有高度穩(wěn)定性的鋰空氣電池。如果這種新技術(shù)能夠投入商用,未來(lái)的電動(dòng)汽車將會(huì)擁有與傳統(tǒng)燃油汽車相同、甚至更強(qiáng)的續(xù)航能力,人們?cè)僖膊挥瞄_(kāi)一二百公里就停下來(lái)充電了。
鋰空氣電池在放電時(shí),陽(yáng)極的鋰釋放電子后成為鋰陽(yáng)離子(Li+),Li+穿過(guò)電解質(zhì)材料,在陰極與氧氣以及從外電路流過(guò)來(lái)的電子結(jié)合生成氧化鋰(Li2O)或者過(guò)氧化鋰(Li2O2),并留在陰極,充電過(guò)程則相反。整個(gè)充放電循環(huán)要求有穩(wěn)定的電極與電解質(zhì)環(huán)境。
但是在之前的研究中,人們始終無(wú)法維持這兩者的穩(wěn)定性,被當(dāng)做陰極的碳棒會(huì)與電解質(zhì)產(chǎn)生各種意料之外的副反應(yīng),從而導(dǎo)致碳棒逐漸解體,幾次充放電循環(huán)過(guò)后,一塊鋰空氣電池就徹底無(wú)法使用了。
英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)的化學(xué)家們改變了這一現(xiàn)狀,由Peter Bruce領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)選擇將之前“搗亂”的兩個(gè)因素都替換掉。他們將傳統(tǒng)的碳陰極換成了惰性的納米級(jí)金陰極,其穩(wěn)定性要遠(yuǎn)高于碳棒;并且,他們還將之前由聚碳酸酯或聚醚制作的電解液,換成了二甲基亞砜導(dǎo)電溶液,這種溶液不容易在陰極發(fā)生反應(yīng)。事實(shí)證明,新的“納米金-二甲基亞砜”組合的穩(wěn)定性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原有組合。研究團(tuán)隊(duì)告訴《科學(xué)》雜志,新的鋰空氣電池在進(jìn)行了100次充放電之后,僅僅損失了5%的電量上限。
“這一結(jié)果非常鼓舞人心,它意味著鋰空氣電池的前景并不是毫無(wú)希望的?!奔幽么蠡F盧大學(xué)的化學(xué)家Linda Nazar說(shuō)。不過(guò),Nazar和其他科學(xué)家也表示,新型鋰空氣電池還沒(méi)有辦法迅速投入商業(yè)化使用。對(duì)于創(chuàng)業(yè)者來(lái)說(shuō),納米級(jí)黃金材料顯得太過(guò)昂貴,而且作為電解液的二甲基亞砜也有可能與陽(yáng)極的鋰發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致電解質(zhì)分解。