鋰空氣電池新突破：讓續航里程不再頭疼

近年來，電動汽車不僅僅是一個概念，而且正在逐漸進入人們的生活。然而，與傳統燃油車的火爆相比，電動汽車稀缺，這與前者形成了鮮明對比。關鍵在于電池壽命和續航里程，這仍然是一個令人頭疼的問題。

然而，技術在進步，創新一直在發生。最近，一些研究人員宣布，鋰空氣電池的穩定性取得了突破。如果新技術能夠投入商業使用，電動汽車未來將有望擁有與傳統燃油汽車相同甚至更強的續航能力，電動汽車的命運將被逆轉。

鋰空氣電池尋求突破。

多年來，研究人員一直希望用鋰空氣電池取代傳統的鋰離子電池，因為前者的儲能更強，比最好的鋰離子蓄電池高出10倍以上，可以提供與汽油相同的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣進行充電，因此它可以更小、更輕。

盡管鋰空氣電池有著廣闊的應用前景，但由于內部結構的不穩定性，很難找到可用的電解質和電極材料，并且在多次充放電后會解體，這使得鋰空氣電池無法進入消費市場。

當鋰空氣電池放電時，陽極中的鋰釋放電子并成為鋰陽離子。鋰陽離子穿過電解質材料，并在陰極處與氧和從外部電路流出的電子結合，產生留在陰極處的氧化鋰或過氧化鋰。充電過程正好相反。整個充放電循環需要穩定的電極和電解質環境。然而，在之前的研究中，人們從未能夠保持兩者的穩定性。用作陰極的碳棒會與電解質發生各種意想不到的副反應，從而導致碳棒逐漸解體。經過幾次充電和放電循環后，鋰空氣電池將完全無法使用。這使得科學家們不得不在他們的研究中找到另一種方法。

以金為電極

最近，蘇格蘭圣安德魯斯大學的研究人員為鋰空氣電池的突破帶來了好消息，解決方案是黃金。他們的研究成果已發表在《科學》雜志上。

由彼得·布魯斯領導的研究人員創建了一個以二甲基亞砜為電解質、多孔金為電極的鋰空氣電池實驗模型。經過100次充放電后，該實驗電池的電池容量仍能保持原來的95%。

研究團隊用惰性納米金陰極取代了傳統的碳陰極，這種陰極比碳棒穩定得多；

他們還用一種稱為二甲基亞砜（DMSO）的導電溶液取代了由聚碳酸酯或聚醚制成的電解質，這種溶液在陰極不太容易反應。事實證明，他們已經成功了，新的“納米金二甲基亞砜”組合的穩定性遠遠超過了原來的組合。

鋰離子電池具有較高的儲能密度，因此從這個角度來看，它是我們的最佳選擇。它已經逐漸滲透到我們的生活中，包括它在電動汽車中的應用。布魯斯說：“我們還發現，汽車電池的存儲容量至少翻了一番，才能真正滿足駕駛的要求。這是傳統鋰離子電池無法實現的，因此我們將注意力轉向了鋰空氣電池。"

觀察到局部可逆性。

無獨有偶。橡樹嶺國家實驗室的研究團隊還解決了鋰空氣電池的一個難題：可逆性，這對這類電池實現可充電和降低成本非常重要。相關研究報告已發表在最近出版的《納米技術》雜志上。

在這項研究中，科學家們使用了一種尖端為20納米的原子力顯微鏡（AFM），基于鋰離子導電玻璃陶瓷電解質，并使用直流電測量顯微鏡尖端高度在循環過程中的變化，以分析鋰顆粒的生長，探索電池的可逆性。他們觀察到鋰顆粒的局部可逆性，當形成最小的顆粒時，可逆性達到最高水平。研究人員發現，尖端高度的增加和減少與電流的變化有關。這意味著他們可能會制造具有活性陽極的納米電池，鋰空氣電池的可逆性有望在未來進一步提高。

發現一種新的催化劑

此外，麻省理工學院的研究人員最近開發了一種新型催化劑，可以顯著提高鋰空氣電池的充放電效率。該催化劑由金-鉑合金納米顆粒組成。測試發現，電池的放電效率達到77%，高于之前70%的記錄。這一成果發表在《美國化學學會雜志》上。

這種新型催化劑加速了鋰金屬與氧氣的反應，從而減少了電池在充電和放電過程中的能量損失。催化劑中的金原子促進鋰和氧的結合，而鉑原子加速充電反應。該催化劑除了可以提高效率、加快反應速度外，還可以最大限度地減少氧化鋰的積累，提高鋰空氣電池的壽命。麻省理工學院的研究人員將繼續深入研究金鉑催化劑，以了解它們是如何工作的，并努力減少金和鉑的使用，以降低催化劑的成本。同時，將對其他材料的組合進行研究，以尋找新的催化劑。

汽車主電源由汽油向電力的轉變是21世紀上半葉最重要的技術變革之一，鋰空氣電池是汽車電池研發的重點之一。包括美國國家實驗室和IBM在內的許多研究機構和企業都在致力于鋰空氣電池的創新研究。IBM表示，如果一切順利，鋰空氣電池預計將在2020年至2030年間大規模生產。

上述結果非常令人鼓舞，這意味著鋰空氣電池的前景并非沒有希望。加拿大滑鐵盧大學的化學家Linda Nazar說。然而，Nazar和其他科學家也表示，新型鋰空氣電池無法迅速投入商業使用，因為它還需要更多的技術改進，例如在陰極上使用更好的催化劑和性能出眾的多功能電解質。如果能夠克服這些障礙，鋰空氣電池將有一個光明的未來。

（編輯/李燕郊）

近年來，電動汽車不僅僅是一個概念，而且正在逐漸進入人們的生活。然而，與傳統燃油車的火爆相比，電動汽車稀缺，這與前者形成了鮮明對比。關鍵在于電池壽命和續航里程，這仍然是一個令人頭疼的問題。

然而，技術在進步，創新一直在發生。最近，一些研究人員宣布，鋰空氣電池的穩定性取得了突破。如果這項新技術能夠投入商業使用，電動汽車將有望擁有……

未來電動汽車的命運將被逆轉。

鋰空氣電池尋求突破。

多年來，研究人員一直希望用鋰空氣電池取代傳統的鋰離子電池，因為前者的儲能更強，比最好的鋰離子蓄電池高出10倍以上，可以提供與汽油相同的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣進行充電，因此它可以更小、更輕。

盡管鋰空氣電池有著廣闊的應用前景，但由于內部結構的不穩定性，很難找到可用的電解質和電極材料，并且在多次充放電后會解體，這使得鋰空氣電池無法進入消費市場。

當鋰空氣電池放電時，陽極中的鋰釋放電子并成為鋰陽離子。鋰陽離子穿過電解質材料，并在陰極處與氧和從外部電路流出的電子結合，產生留在陰極處的氧化鋰或過氧化鋰。充電過程正好相反。整個充放電循環需要穩定的電極和電解質環境。然而，在之前的研究中，人們從未能夠保持兩者的穩定性。用作陰極的碳棒會與電解質發生各種意想不到的副反應，從而導致碳棒逐漸解體。經過幾次充電和放電循環后，鋰空氣電池將完全無法使用。這使得科學家們不得不在他們的研究中找到另一種方法。

以金為電極

最近，蘇格蘭圣安德魯斯大學的研究人員為鋰空氣電池的突破帶來了好消息，解決方案是黃金。他們的研究成果已發表在《科學》雜志上。

由彼得·布魯斯領導的研究人員創建了一個以二甲基亞砜為電解質、多孔金為電極的鋰空氣電池實驗模型。經過100次充放電后，該實驗電池的電池容量仍能保持原來的95%。

研究團隊用惰性納米金陰極取代了傳統的碳陰極，這種陰極比碳棒穩定得多；

他們還用一種稱為二甲基亞砜（DMSO）的導電溶液取代了由聚碳酸酯或聚醚制成的電解質，這種溶液在陰極不太容易反應。事實證明，他們已經成功了，新的“納米金二甲基亞砜”組合的穩定性遠遠超過了原來的組合。

鋰離子電池具有較高的儲能密度，因此從這個角度來看，它是我們的最佳選擇。它已經逐漸滲透到我們的生活中，包括它在電動汽車中的應用。布魯斯說：“我們還發現，汽車電池的存儲容量至少翻了一番，才能真正滿足駕駛的要求。這是傳統鋰離子電池無法實現的，因此我們將注意力轉向了鋰空氣電池。"

觀察到局部可逆性。

無獨有偶。橡樹嶺國家實驗室的研究團隊還解決了鋰空氣電池的一個難題：可逆性，這對這類電池實現可充電和降低成本非常重要。相關研究報告已發表在最近出版的《納米技術》雜志上。

在這項研究中，科學家們使用了一種尖端為20納米的原子力顯微鏡（AFM），基于鋰離子導電玻璃陶瓷電解質，并使用直流電測量顯微鏡尖端高度在循環過程中的變化，以分析鋰顆粒的生長，探索電池的可逆性。他們觀察到鋰顆粒的局部可逆性，當形成最小的顆粒時，可逆性達到最高水平。研究人員發現，尖端高度的增加和減少與電流的變化有關。這意味著他們可能會制造具有活性陽極的納米電池，鋰空氣電池的可逆性有望在未來進一步提高。

發現一種新的催化劑

此外，麻省理工學院的研究人員最近開發了一種新型催化劑，可以顯著提高鋰空氣電池的充放電效率。該催化劑由金-鉑合金納米顆粒組成。測試發現，電池的放電效率達到77%，高于之前70%的記錄。這一成果發表在《美國化學學會雜志》上。

這種新型催化劑加速了鋰金屬與氧氣的反應，從而減少了電池在充電和放電過程中的能量損失。催化劑中的金原子促進鋰和氧的結合，而鉑原子加速充電反應。該催化劑除了可以提高效率、加快反應速度外，還可以最大限度地減少氧化鋰的積累，提高鋰空氣電池的壽命。麻省理工學院的研究人員將繼續深入研究金鉑催化劑，以了解它們是如何工作的，并努力減少金和鉑的使用，以降低催化劑的成本。同時，將對其他材料的組合進行研究，以尋找新的催化劑。

汽車主電源由汽油向電力的轉變是21世紀上半葉最重要的技術變革之一，鋰空氣電池是汽車電池研發的重點之一。包括美國國家實驗室和IBM在內的許多研究機構和企業都在致力于鋰空氣電池的創新研究。IBM表示，如果一切順利，鋰空氣電池預計將在2020年至2030年間大規模生產。

上述結果非常令人鼓舞，這意味著鋰空氣電池的前景并非沒有希望。加拿大滑鐵盧大學的化學家Linda Nazar說。然而，Nazar和其他科學家也表示，新型鋰空氣電池無法迅速投入商業使用，因為它還需要更多的技術改進，例如在陰極上使用更好的催化劑和性能出眾的多功能電解質。如果能夠克服這些障礙，鋰空氣電池將有一個光明的未來。

（編輯/李燕郊）

標簽：發現世紀前途

汽車資訊熱門資訊