锂空气电池未来会取代锂电池吗

来源：维多利亚3308  日期：2019-05-28 10:49  浏览量：次

　　锂空气电池未来会取代锂电池吗？锂空气电池能量密度高、重量轻、绿色无污染。锂空气电池击败锂离子电池的潜力极大，然而，想要在成本和使用寿命上比肩传统的锂离子电池、达到“稳定生产期”，都必须解决循环寿命、能量效率、空气过滤膜、金属锂防护等关键问题，这显然还有很长的路要走。

　　什么是锂空气电池？

　　锂空气电池是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极（以多孔碳为主）很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。其实，锂空气电池就是金属燃料电池，通俗地来说就是用金属锂做负极，氧气做正极的一种锂电池。锂空气电池的优点在于比能量高（比能量，简单地理解就是单位质量的电极材料参与反应时放出电能的大小），理论上接近了汽油。

　　虽然锂空气电池比能量高，但是它的缺点就是反应可逆性差，需要催化剂。这里所说的2D材料也叫做“二维材料”。用它们做催化剂的时候，能够提高电池内部的化学反应速率，使锂空气电池的效率更高、充电能力更强，电池保存能量的能力和提供能量的能力被大大提升了。

　　放电过程：阳极的锂释放电子后成为锂阳离子（Li+），Li+穿过电解质材料，在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂（Li2O）或者过氧化锂（Li2O2），并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91V。

　　锂空气电池工作原理

　　锂空气电池采用锂作为负极活性材料，采用多孔的气体扩散层电极作为正极材料，按电解质体系主要分为有机电解液体（非水性电解液体系）、水性电解液体系、混合电解液体系和全固态电解质体系。

　　4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）

　　放电过程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一层保护膜而阻碍电化学反应的快速进行。在开路或低功率的状态下，Li的自放电率很高，并伴随着Li的腐蚀反应：

　　Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）

　　在水系电解液中，金属Li极易和水反应，因此对锂离子隔膜的阻水性有很高要求，目前还没有商业化的产品。综合考虑实用性和安全性，水系锂空气电池并非最终实际应用的首选。

　　锂空气电池未来会取代锂电池吗？

　　有人说：如果说锂硫电池是替代锂离子电池的下一代锂电，那么锂空气电池将是锂电的最终形态。从锂电诞生到应用才短短的几十年，然而电池产业已经逐渐替代化石能源，成为人们生活中不可或缺的一部分。目前，锂离子电池备受人们的青睐，而锂空气电池被业界誉为终极电池。

　　随着全球电动汽车市场需求的日益增长，锂电池的发展受到了严重的阻碍，其发展瓶颈主要在于：如何提升正极材料的充放电比容量，以满足高比能量、高充放电功率的要求；制备正极材料需要大批量地使用稀有过渡金属元素，如钴、镍等，而这些资源在地球上的储量有限，成本也不低。

　　为了解决这些问题，进一步提高电池的能量密度，减轻电池重量，并减少重金属的使用，锂空气电池诞生了。

　　锂空气电池虽然目前还在研发实验阶段，但是这类电池的储能量却是当前锂离子电池的10倍。由于它的质量更轻，也能够使得电动车的轻量化有质的提升。

　　报道称，随着锂电池的出现，便携设备迅速普及，支持了IT革命的发展。锂电池性能不断提高，是支持汽车电动化的重要部件。但是，锂电池技术逐渐接近极限，而且还有易燃等缺点。锂空气电池是新一代技术的有力候选之一，可通过与空气中的氧气发生化学反应来进行发电。由于氧气可以无限量供应，理论上空气电池蓄电量可达锂电池的5至10倍。

　　人们对电池越来越依赖，受到需求的推动，企业投入大量的时间和金钱开发锂电池替代产品。由于其理论比能量高，锂空气电池被认为是锂离子电池的潜在替代品。然而，迄今为止，这样的系统主要限于纯氧环境，并且由于涉及阴极、阳极和电解质的副反应而具有有限的循环寿命。