新设计生产真正的锂空气电池

在芝加哥和美国阿贡国家实验室的伊利诺伊大学的研究人员设计了一个新的锂空气电池，在自然的空气环境，还存在一个破纪录的750次充放电循环后。他们的发现发表在《自然》杂志上。

“我们的锂空气电池的设计代表了电池界的一场革命，”Amin Salehi Khojin说，机械和工业工程以及文章的共同通讯作者助理教授。“第一次演示一个真正的锂空气电池是朝着我们所说的“超越锂离子电池”迈出的重要一步，但我们要做更多的工作才能把它商业化。”

锂空气电池被认为是能量比锂离子电池，我们的手机能够容纳多达五倍，笔记本电脑和电动汽车已使电池研究人员多年。但是，有几个障碍困扰着他们的发展。

电池的工作原理是将阳极中的锂与空气中的氧结合起来，在放电阶段产生阴极上的过氧化锂。在充电阶段，过氧化锂会被分解回锂和氧的成分。

不幸的是，这种锂空气电池的实验设计，由于锂阳极的氧化和锂离子与空气中二氧化碳和水蒸气的结合而产生的不良副产品，无法在真实的自然空气环境中运行。这些副产物会在阴极上形成胶质，最终会完全包覆而无法发挥作用。这些实验电池依靠纯氧气罐，这限制了它们的实用性，并且由于氧的可燃性造成了严重的安全风险。

“一些人试图建立锂空气电池，但他们的失败是因为循环寿命差，”Larry Curtiss说，公司主要作者和阿贡特聘研究员。

UIC阿贡国家实验室的研究团队克服了这些挑战的一个独特的组合阳极、阴极和电解质的三个主要组成部分的任何电池以防止阳极氧化和电池造成副产物堆积在阴极，使电池在自然空气的环境中运行。

他们在锂阳极上涂上一层薄薄的碳酸锂，选择性地让锂离子从阳极进入电解液，同时阻止不想要的化合物到达阳极。

在锂空气电池中，阴极仅仅是空气进入电池的地方。在锂空气电池的实验设计中，氧气和其他构成气体的气体一起通过碳基海绵晶格结构进入电解液。

Salehi Khojin和他的同事们涂的晶格结构与钼硫酸催化剂，用独特的混合电解质的离子液体和二甲基亚砜，电池电解质的共同成分，帮助促进锂氧反应，减少与空气中的其他元素锂反应，提高电池效率。

“完整的建筑大修我们对该电池的设计，它的每一部分，帮助我们使我们想发生和阻止那些最终会导致电池去死的反应，”Salehi Khojin说。

UIC团队建立、测试、分析和表征电池。阿贡集团，与同事一起在UIC和加利福尼亚州立大学进行的计算分析。

Fatemeh Khalili Araghi和Robert Klie的UIC和伊利诺伊理工学院的Mohammad Asadi是该研究论文的资深作者。

Baharak Sayahpour，Pedram Abbasi，Klas Karis，Jacob Jokisaari，Marc Gerard，Poya Yasaei，Xuan Hu，Arijita Mukherjee，从柳，UIC；非政府组织，Badri Narayanan，该试验和阿贡国家实验室的Larry Curtis和加利福尼亚州立大学的Kah Chun Lau，是这篇文章的共同作者。

研究人员使用了阿贡领导计算设施和纳米材料研究中心，这是美国能源部科学用户设施。这项研究是由格兰特nsf-dmref 1729420从国家科学基金会的支持；从美国能源部的资助，科学办公室、基础能源科学；联合储能研究中心、美国能源部能源创新中心；和电能存储中心：定制接口，美国能源部能源前沿研究中心。