鋰空氣電池這是一種由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(JSpS)共同開(kāi)發(fā)出的一種新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。

理論上可實(shí)現(xiàn)大容量的鋰空氣電池作為新一代大容量電池而備受矚目。不過(guò)此前的鋰空氣電池存在正極蓄積固體反應(yīng)生成物，阻隔了電解液與空氣的接觸，導(dǎo)致停止放電等問(wèn)題。

負(fù)極(金屬鋰)采用有機(jī)電解液，正極(空氣)方面則使用水性電解液，兩極由固體電解質(zhì)隔開(kāi)，以防止兩電解液發(fā)生混合。由于固體電解質(zhì)只通過(guò)鋰離子，因此電池的反應(yīng)可無(wú)阻礙地進(jìn)行。正極的反應(yīng)生成物具有水溶性，不出現(xiàn)固體物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明該電池可持續(xù)放電50000mAh/g(空氣極的單位質(zhì)量)。

該技術(shù)極有望用于汽車(chē)電池。假如在汽車(chē)用支架上更換正極的水性電解液，用卡盒等方式補(bǔ)充負(fù)極的金屬鋰的話，汽車(chē)可實(shí)現(xiàn)持續(xù)行駛且無(wú)需充電等待時(shí)間。可以從用過(guò)的水性電解液中輕松提取金屬鋰，鋰能夠反復(fù)使用。可以說(shuō)是用金屬鋰作為燃料的新型燃料動(dòng)力電池。

鋰離子電池目前已經(jīng)開(kāi)始在電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛，作為蓄電池時(shí)的高性能化和低成本化備受期待。但目前的鋰離子電池受制于電池容量很難實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛必須在汽車(chē)上配備大量的電池，因此存在車(chē)體價(jià)格大幅上升的問(wèn)題。

要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的普及，能源密度需達(dá)到目前的約6～7倍。因此，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。由于鋰空氣電池的正極使用空氣中的氧做活性物質(zhì)，理論上正極容量無(wú)限大，因此可實(shí)現(xiàn)大容量。

解密鋰空氣電池

大容量鋰-空氣電池并非新概念，至今都未普及原因是它存在致命缺陷，日本的研究院克服了這個(gè)困難，但

要想實(shí)現(xiàn)商用，可能還要10年。減碳，關(guān)于人類(lèi)福祉來(lái)說(shuō)，絕對(duì)不是離譜的要求，但關(guān)于全球汽車(chē)業(yè)來(lái)說(shuō)，卻是一件困難的事情。

眾所周知，鋰離子電池廣泛用于手機(jī)和筆記本電腦等，目前也已經(jīng)是下一代充電式混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的理想之選。它比其它汽車(chē)電池的密度更高、電量更充足，但也更貴，受制于電池容量，充電后的行駛距離仍不夠遠(yuǎn)。即將于2010年上市的雪佛蘭Volt混合動(dòng)力汽車(chē)假如僅僅使用電池，只能行駛40公里。盡管仍有改進(jìn)的空間，但鋰離子電池的潛力依然有限。普遍認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的普及，能源密度需達(dá)到目前的約6～7倍。于是，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。雖然仍使用有機(jī)溶媒，但它卻以全新的構(gòu)成極大提高電池的能量密度。

鋰-空氣電池并非新概念。由于在正極上使用空氣中的氧作為活性物質(zhì)，理論上正極的容量密度是無(wú)限的，可加大容量。另外，假如負(fù)極使用金屬鋰，理論容量會(huì)比鋰離子充電電池提高一位數(shù)。但是，為何鋰-空氣電池至今都未普及?原因是它存在致命缺陷，即固體反應(yīng)生成物氧化鋰(Li2O)會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止。

2009年二月，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所能源技術(shù)研究部門(mén)能源界面技術(shù)研究小組組長(zhǎng)周豪慎和日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(JSpS)外籍特別研究員王永剛共同開(kāi)發(fā)出了新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。他們通過(guò)將電解液分成兩種來(lái)解決上述問(wèn)題。在負(fù)極(金屬鋰)一側(cè)使用有機(jī)電解液，在正極(空氣)一側(cè)使用水性電解液。在兩種電解液之間設(shè)置只有鋰離子穿過(guò)的固體電解質(zhì)膜，將兩者隔開(kāi)。這樣便可防止電解液混合，并促進(jìn)電池發(fā)生反應(yīng)。

負(fù)極用電解液組合使用的是含有鋰鹽的有機(jī)電解液。雖然不能棄用有機(jī)溶媒，但卻限定了使用方法。正極用水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與微細(xì)化后的碳和低價(jià)氧化物催化劑形成的正極組合。在鋰-空氣電池中，由于放電反應(yīng)生成的并非是固體的Li2O，而是容易溶解在水性電解液中的LiOH(氫氧化鋰)。氧化鋰在空氣電極堆積后，不會(huì)導(dǎo)致工作停止。水及氮等也不會(huì)穿過(guò)固體電解質(zhì)的隔壁，因此不存在與負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng)的危險(xiǎn)。而且，在充電時(shí)，假如配置充電專(zhuān)用的正極，還可防止充導(dǎo)電致空氣電極的腐蝕和老化。

實(shí)驗(yàn)證明，以0.1A/g的放電率進(jìn)行放電時(shí)，放電容量約為9000mAh/g，而以前的鋰-空氣電池的放電容量?jī)H為700～3000mAh/g，可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)了容量的大幅新增。另外，假如使用水溶液取代水溶性凝膠，便可在空氣中以0.1A/g的放電率持續(xù)放電20天，其放電容量約為5萬(wàn)mAh/g(空氣極的單位質(zhì)量)，比原來(lái)高一位數(shù)。由于金屬鋰離子電池的容量原本就比鋰離子電池高一位數(shù)，因此該數(shù)值共比鋰離子充電電池高兩位數(shù)。

現(xiàn)在，由于水溶液的性能較高，而在易用性上凝膠更為出色，科學(xué)家們今后要考慮決定究竟對(duì)這兩者中的哪一個(gè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。了解到，這種技術(shù)還可考慮與單純的充電電池不同的使用方法。假如不對(duì)電池進(jìn)行充電，而是通過(guò)汽車(chē)底座更換正極的水性電解液，以卡盒等方式補(bǔ)給負(fù)極的金屬鋰，汽車(chē)便可實(shí)現(xiàn)無(wú)需充電等待時(shí)間，立即行駛。而且，通過(guò)回收用過(guò)的水性電解液，以電氣方式重新生成金屬鋰，還可繼續(xù)作為電池負(fù)極燃料循環(huán)使用，防止出現(xiàn)其他污染。鋰-空氣電池可以說(shuō)是以金屬鋰為燃料的新型燃料動(dòng)力電池。

科學(xué)家認(rèn)為，鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍，可以供應(yīng)與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。全球不少實(shí)驗(yàn)室都在研究這種技術(shù)，但假如沒(méi)有重大突破，要想實(shí)現(xiàn)商用可能還要10年。