锂空气与锂离子：专家见解和性能比较
Billy Hurley，数字编辑经理
“我们的锂空气电池设计代表了电池界的一场革命，”伊利诺伊大学芝加哥分校机械与工业工程助理教授 Amin Salehi-Khojin 说道。
Salehi-Khojin 和 UIC 和阿贡国家实验室的研究人员设计了一种电化学电池，该电池可在自然空气环境中工作，并且在破纪录的 750 次充电/放电循环后仍能正常工作。
锂空气电池将空气中的氧气与阳极中的锂结合起来。该混合物在放电阶段产生过氧化锂，并在充电阶段分解锂和氧成分。
实验性锂空气电池。 （照片：阿明·萨利希-霍金。）据信，锂空气电池的储存能量比当今手机、笔记本电脑和电动汽车所使用的相同锂离子电池高出五倍。
然而，早期的“锂空气”想法经常失败。
当锂离子与空气中的二氧化碳和水蒸气结合时，其结果往往是产生粘在阴极上的副产品。
为了防止积聚并让电池在自然空气环境中运行，UIC 和阿贡国家实验室的研究人员在锂阳极上涂上了一层薄薄的碳酸锂。该涂层选择性地允许阳极的锂离子进入电解质，同时防止不需要的化合物到达阳极。
在锂空气电池的实验设计中，氧气通过碳基海绵晶格结构进入电解质。
Salehi-Khojin 和他的同事用二硫酸钼催化剂涂覆了晶格结构。独特的混合电解质由离子液体和二甲亚砜（电池电解质的常见成分）制成，有助于促进锂-氧反应，最大限度地减少锂与空气中其他元素的反应，并提高电池的效率。
然而，我们的读者有疑问。如果电池过热怎么办？电池会爆炸吗？是否存在安全问题？锂空气电池与锂离子电池相比如何？阿贡杰出研究员、该研究的共同主要作者拉里·柯蒂斯 (Larry Curtiss) 花时间为我们的听众提供了答案。请参阅下面的回复。
收费率是多少？
柯蒂斯： 此时的充电速率与锂离子电池相似。随着进一步的研究，它可能会增加。
您的新设计如何超越锂离子电池？
通过利用锂和氧之间的化学键，电池可以存储更多的能量，因为这种化学键比锂离子电池中锂和金属氧化物层之间的插层相互作用更密集。
易燃或爆炸的可能性有多大（如果刺穿、过热、过度充电等）？
柯蒂斯： 我们发布的锂空气电池的组成部分之一是锂阳极。众所周知，它可能会引起爆炸。许多科学家正在研究锂阳极的安全问题，并且可能需要付出很大的努力才能使其安全。然而，值得一提的是，我们用电绝缘体但离子导电材料保护了锂阳极的表面，以防止由于阳极和阴极之间的电池短路而引起爆炸。这也可以防止电池过热。
预期的故障模式是什么？
柯蒂斯： 这将在扩大规模期间进行调查。
还有其他安全问题吗？标准锂离子电池的能量密度与 TNT 相当。您的电池的能量密度是该值的 5 倍。尽管从理论上讲，它们限制了这些薄涂层发生的不良反应，但空气中还存在其他潜在污染物（CO2 N2 等）。其中一些污染物是否会腐蚀并破坏涂层？内部短路是否会导致单个电池反转而导致火灾？
柯蒂斯： 该电池仅在实验室规模下开发，在测试过程中并未出现任何此类安全问题。下一步是将这些小型电池扩大到电池组，对其进行测试，找出安全问题并解决它们。然而，我们相信，由于锂阳极表面有坚固的保护层，我们的系统不会发生因电池反转而导致的过热。
你觉得怎么样？您对锂空气电池还有更多疑问吗？下面分享一下。
锂空气电池示意图。 （图片来源：UIC 和阿贡国家实验室。）传感器