麻省理工开发出锂氧电池，可使电动汽车续航里程增加一倍

据科技网站Engadget报道，麻省理工学院领导的研究团队最近宣布了一种新开发的锂氧电池，该电池重量更轻，并且使用固体氧。

它还具有防止过度充电的内置机制。

与锂空气电池相比优势明显，有望在电动汽车领域推广，解决续航里程和电池安全问题。

对于电动汽车和其他便携式电子设备来说，锂空气电池由于其良好的能量重量比而被认为是一种非常有前途的技术。

但事实上，锂空气电池本身就存在严重缺陷。

电力以热能的形式损失，电池的退化速度非常快。

由于其开路电池配置，锂空气电池需要昂贵的辅助设施来吸入和排出氧气，这与传统的封闭电池有很大不同。

然而，一种新的化学电池或许能够解决所有这些问题。

可按传统方式使用，全封闭，可提供类似锂空气电池的电池性能，彻底克服了锂空气电池的缺点。

这种新的电池概念被《自然能量》（Nature Energy）称为“纳米锂正极电池”。

据介绍，这项新研究成果由麻省理工学院核科学与工程学院教授李菊领衔，并与麻省理工学院、阿贡国家实验室、北京大学等多位成员共同研究。

李炬表示，锂空气电池的一大缺点是电池充放电电压不匹配。

电池的输出电压比充电电压低1.2伏以上，这意味着每次完全充电期间，都会有巨大的能量损失。

李菊说：“充电时，大约有30%的电量以热的形式损失掉。

如果充电太快，它会自燃。

”氧气保持固态传统锂空气电池的工作原理如下：在放电过程中，锂空气电池吸收外界的氧气，并与电池中的锂发生化学反应。

在充电过程中，会发生相反的化学反应，氧气被释放回空气中。

在这种新型电池中，锂在充电和放电过程中与氧气发生相同的电化学反应，但在整个过程中不需要氧气发生气态变化。

相反，氧元素一直以固态存在，可以直接在三种氧化还原态之间转换，产生三种不同的固体化合物——氧化锂Li2O、过氧化锂Li2O2和超氧化锂LiO2。

这三种化合物以玻璃形式混合在一起而命名。

在这种情况下，电压损耗可改善5倍以上，从1.2伏降低到0.24伏，因此只有8%的电能转化为热量。

李炬表示：“这意味着汽车可以快速充电，因此电池组发烫的问题将得到解决，不再构成安全隐患，电池的能源效率也得到了保证。

”此外，新型电池还解决了锂空气电池的另一大问题。

因为在充放电过程中，化学反应使氧以气态和固态的形式存在。

当氧气发生巨大的体积变化时，这会扰乱电池内部的导电路径，严重损害电池的寿命。

据报道，新型电池的秘密在于制造极小的颗粒，大约在纳米级别。

这种玻璃状颗粒可以同时含有锂和氧，并被一小块氧化钴基质紧密包围。

研究人员将这些颗粒称为纳米锂。

李炬表示，在这种形式下，氧化锂、过氧化锂和超氧化锂的转化可以完全在固态下发生。

由于纳米锂氧在正常状态下非常不稳定，因此研究人员将它们放入氧化钴基质中。

氧化钴基体实际上是一种海绵状物质，每隔几纳米就有一个孔隙。

氧化钴基体一方面可以稳定纳米锂氧，另一方面还可以作为化学反应的催化剂。

李炬教授补充道，传统的锂空气电池实际上是锂干氧电池，因为它们根本无法处理水分和二氧化碳。

因此，锂空气电池中使用的输入空气需要小心处理。

“你需要一个大型的辅助系统来除湿和去除二氧化碳，这是非常困难的。

”但由于新型电池根本不需要吸入和排出气体，这个困扰锂空气电池的问题就很容易解决了。

没有过度充电。

研究团队表示，新型电池本身具有过充保护机制。

在过度充电的情况下，化学反应可以实现自我抑制。

一旦发生过度充电，化学物质立即转变为另一种形式，化学反应终止。

李炬教授说：“传统电池过度充电时，可能会造成不可逆的结构损坏，甚至爆炸。

但对于纳米锂氧电池，我们连续15天过度充电，已经达到了其电池容量的极限。

”多次，但电池完全没有损坏。

”在循环负载测试中，实验室版的新型电池完成了充放电循环测试，整个过程中仅损失了2%的能量，这意味着这款电池可能具有较长的寿命。

这种电池使用起来非常方便，可以像传统的固态锂离子一样使用，不需要锂空气电池的各种辅助设备，可以非常快速方便??地应用在汽车、电子设备甚至电网中。

能源存储领域。

此外，由于这些“固体氧”阴极比传统锂离子电池阴极轻得多，因此新型电池在相同阴极重量的情况下可以存储两倍的能量。

研究团队表示，如果新型电池的设计进一步细化，最终的储能容量可以增加一倍以上。

李炬教授表示，整个过程中没有添加任何昂贵的物质或材料。

研究小组表示，新电池中用作液体电解质的碳酸盐是最便宜的一种。

此外，氧化钴的重量还不到纳米锂氧重量的一半。

总体而言，这种新型电池比锂空气电池应用更广泛、更便宜、使用更安全。

据悉，研究团队希望在一年内将实验室研究成果应用于实际测试。

俄勒冈州立大学助理教授季秀雷表示：“这是一项重大突破，可能会带来氧基电池技术的重大发展。

在这个系统中，商用碳酸酯基电解质和过氧化物溶剂效果非常好。

”好的。

而且，在这个封闭的空间里，不产生气态氧气，这是非常令人印象深刻的。

正极的所有活性物质在整个循环过程中都是固态的，这不仅意味着巨大的能量密度。

“与当前的电池声明具有极大的兼容性。

”研究团队的其他成员如下：麻省理工学院研究科学家Akihiro Kushima和Zongyou Yin，北京大学陆奇，以及阿贡国家实验室Khalil Amine和Jun Lu。

整个研究得到了美国国家科学基金会和美国能源部的支持。