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“呼吸电池”催生新一代电动汽车
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2013年电动车的销量与往期相比几乎增加了一倍,但对于大多数车辆来说,充一次电最多能让你跑100英米远。

(图片来源:Tom Wang / Fotolia)

  为了让它们充一次电就能跑到300英里甚至更远,科学家们开始致力于“呼吸”电池的研究,并于最近就研究进程进行了相关报告,该电池有朝一日可能会取代现今电动车所运用的锂离子电池。美国化学学会(ACS)于本周在达拉斯召开了第247届国家会议和博览会,研究团队展示了他们的研究成果。

  “锂空气电池非常轻,并能够提供大量的电能。”哲学博士Nobuyuki Imanishi说。“人们希望有朝一日能将其运用到电动车上。”

  锂离子电池与锂空气电池的主要区别在于,后者用空气替代了传统的阴极——参与电流流动的一个关键组件。这使得可充电的金属空气电池更轻,相对现如今商业界的同类产品来说,它还有储存更多能量的潜能。

  虽然锂空气电池这门令人激动的技术被世人所吹捧,但科学家们仍需要解决一些关于它的猜想。研究者们希望能让该种电池能够适应多种领域的应用,他们希望能够向大众呈现出锂空气电池最理想的结构。

  研究者们正在研究的主要组件之一就是电池的电解质,它是一种导电物质,被注入在电池两极之间。目前有四种关于电解质的设计,其中一种方案涉及到水。其优于其他三种设计的关键在于,它能够保护锂不与大气中的气体发生反应,并能够让空气极发生快速化学反应。但这种设计也有不足之处,那就是水会直接接触到锂,并使其受到损坏。

  日本三重大学Imanishi的团队注意到了锂空气电池加水电解质这一设计的潜能,并解决了相关问题。在锂金属中加入保护剂是其中一种方法,但会明显降低电池的储能。因此,他们想出了一种层叠方法,即将具有高导电率的聚合物电解质和一种固态电解质夹在锂电极和水性溶液中间。这使得其一个单元就能够达到近两倍于锂离子电池的能量储存容量(以单位瓦特小时每公斤 (Wh/kg))。

  “我们所开发的系统的实际能量密度超过了300Wh/kg,” Imanishi 说。“它与如今市场上的锂离子电池的能量密度形成了鲜明对比,众所周知,锂离子电池的能量密度大约只有150Wh/kg。”

  锂空气电池拥有锂离子高导电率的特性,并能够充放电100次,它向我们展示了未来电池领域广阔的前景。除了驱动电动车,由于它的低成本,锂空气电池还有望能够应用于家庭住宅。该种电池的功率输出仍存在一个巨大的障碍,但Imanishi 说,他的团队正在优化这种输出方式,同时也在探索其他的方法,直到锂空气电池实现商业化。

  日本科学技术振兴机构对Imanishi 的工作提供了资金支持。(翻译:王忻怡 审稿:薛嵩


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