锂空气二次电池

尽管锂离子电池自1990年商业化以来已经被广泛应用在各个领域，如手机，笔记本电脑甚至于电动汽车，但是由于其较低的能量密度（100-00Wh/Kg）限制了其在进一步发展。因此科研人员转而开发研究其他能够替代锂离子电池的便携式能源设备，其中锂硫电池，燃料电池和锂空气二次电池的研究最为引人注目，而锂空气电池由于正极使用空气中的氧气作为反应活性物质，电池设备可以像传统的汽油发动机一样在行进中通过吸入空气工作因为被认为是最有可能成为下一代化学电源被广泛使用。由于其仍然为化学电源，因而具有便携性，同时，由于反应活性物质从空气中获得不用储存在电池中，因而具有很高的能量密度（11140Wh/Kg，接近于汽油的能量密度）。电池放电时，空气中的氧气进入电池内部，在正极基底表面与电解液中的锂离子发生反应，生成过氧化锂储存在电池中，化学能转化为电能。充电时，过氧化锂被分解，氧气重新释放到空气中，电能转化为化学能。反应过程十分简单，甚至可以使用卡盒式锂负极在完全放电后直接替换，所以可以持续放电，这为新能源汽车持续长距离行驶提供了可能性。替换下来的负极卡盒可以在专门的充电站来充电和维护，不断的为车主提供快速便捷的“加油”服务。但是由于需要使用有机电解液，电池内部需要严格隔绝水分和二氧化碳，并且充电产物比较难以被分解，因此目前的研究集中在制备降低分解过氧化锂的催化剂以提供能量的转化效率。我们实验室通过原子层沉积制备了过渡金属氧化的催化剂，已经取得了一定的成果，论文也在撰写之中。如果能够制备出优良的催化剂，则为锂空气电池的应用往前迈向了重大一步。另外，由于锂离子电池的相关专利被加拿大和日本韩国持有，我国生产使用锂离子电池每年都需要支付高昂的专利费用给上述国家。锂空气二次电池如果取得成功，不仅降低相关产业的生产成本，也会加速我国新能源产业的发展，带领中国新能源产业走在世界的前列。