新型电池可能克服锂空气电池的主要缺点

新型电池可能克服锂空气电池的主要缺点
在电池阴极的一个新概念中，由锂和氧化合物制成的纳米级颗粒（用红色和白色表示）嵌入到氧化钴的海绵状晶格（黄色）中，这使它们保持稳定。
麻省理工学院的工程师提出，一种新的锂氧电池材料可以封装在电池中，这种电池与传统的密封电池非常相似，但为其重量提供更多的能量。
锂空气电池被认为是电动汽车和便携式电子设备的非常有前途的技术，因为它们有潜力提供与重量成比例的高能量输出。但这种电池有一些相当严重的缺点：它们将大量注入的能量浪费为热量，并相对快速地降解。它们还需要昂贵的额外组件来泵入和泵出氧气，这与传统的密封电池非常不同。
但电池化学的一种新变体，可以用于传统的全密封电池，在克服所有这些缺点的同时，有望实现与锂空气电池类似的理论性能。
麻省理工学院Battelle能源联盟核科学与工程教授Ju Li在《自然能源》杂志上的一篇论文中描述了新的电池概念，称为纳米锂阴极电池；朱智博士后；还有五位来自麻省理工学院、阿贡国家实验室和中国北京大学。
李解释说，锂空气电池的缺点之一是电池充电和放电时的电压不匹配。电池的输出电压比用于充电的电压低1.2伏以上，这意味着在每个充电周期中都会发生严重的功率损失。他说：“你在充电时浪费了30%的电能作为热量……如果你充电太快，它实际上会燃烧。”。
保持稳定
传统的锂空气电池在放电循环期间从外部空气吸入氧气，以驱动与电池锂的化学反应，然后在充电循环中的反向反应期间，该氧气再次释放到大气中。
在新的变体中，锂和氧在充电和放电过程中发生了相同类型的电化学反应，但它们发生时不会让氧还原为气态。相反，氧停留在固体内部，并在其三种氧化还原状态之间直接转换，同时以三种不同的固体化合物Li2O、Li2O2、，它们以玻璃的形式混合在一起。这将电压损失降低了五倍，从1.2伏降低到0.24伏，因此只有8%的电能转化为热能。李表示：“这意味着汽车充电速度更快，因为电池组的散热不太安全，同时也能提高能源效率。”。
这种方法有助于克服锂空气电池的另一个问题：当充放电过程中的化学反应将氧气转化为气态和固态时，材料会发生巨大的体积变化，从而破坏结构中的导电路径，严重限制其寿命。
新配方的秘密是制造纳米级（十亿分之一米）的微小颗粒，这些颗粒以玻璃的形式包含锂和氧，并被紧紧地限制在氧化钴基质中。研究人员称这些颗粒为纳米锂。他说，在这种形式下，LiO2、Li2O2和Li2O之间的转变可以完全发生在固体材料内部。
纳米氧化锂颗粒通常非常不稳定，因此研究人员将其嵌入氧化钴基质中，这是一种海绵状材料，孔径只有几纳米。基质使颗粒稳定，同时也作为其转化的催化剂。