假如電動汽車想要與化石燃料汽車的行駛范圍相匹配，它們的電池便要儲存更多的能量。這其中，鋰—空氣（鋰—氧）電池是最佳的候選能源，但這種電池一直存在嚴重的障礙。如今，英國劍橋大學的化學家研制出一種更持久的設計方法，為克服這些問題帶來了希望，從而把這項技術(shù)朝實用化方向推進了一大步。

美國賓夕法尼亞州費城德雷塞爾大學材料化學家YuryGogotsi表示，由劍橋的ClareGrey和她的同事設計的這款電池是一種小型實驗室原型，距離汽車電池組還有很長的路要走，但他們有關(guān)材料的創(chuàng)新組合“解決了幾個重要的鋰—氧技術(shù)問題”。

Gogotsi指出，發(fā)表在十月三十日出版的《科學》雜志上的這項研究工作“看起來確實很有趣”，但他強調(diào)，“這仍僅僅是有關(guān)一個小電池的出色的科學—實驗室工作”，而沒有向市場技術(shù)靠攏。

鋰—空氣電池也被稱為呼吸電池，能夠利用鋰金屬與空氣中的氧發(fā)生反應所出現(xiàn)的能量。近20年來，鋰—空氣電池在全球被廣泛研究。典型情況下，這種電池使用鋰金屬作為負極材料，正極則為多孔的導電碳材料。放電時，從負極出發(fā)的鋰離子在正極與空氣中的氧氣反應，出現(xiàn)一種叫作過氧化鋰的固體產(chǎn)物，填充于碳電極的孔隙中。充電時，化學過程逆轉(zhuǎn)，過氧化鋰被分解釋放氧氣。該電池的蓄電能力理論上是目前市場上鋰離子電池的10倍，但在實際應用時卻存在多個重大缺陷。

據(jù)介紹，鋰—空氣電池的反應產(chǎn)物過氧化鋰及反應中間產(chǎn)物超氧化鋰都有較高的反應活性，會分解電解液，因此幾個充放電循環(huán)后電池電量就會急劇下降，電池壽命較短；由于過氧化鋰導電性能差，充電時很難分解，要很高的充電電壓，還會導致分解電解液及碳電極等副用途；放電時，過氧化鋰會堵塞多孔碳電極，導致放電提前結(jié)束；充電時，鋰金屬負極表面會以樹枝狀向正極生長，最終可能導致短路，存在安全隱患；鋰金屬與空氣中的水蒸氣、氮氣、二氧化碳都會發(fā)生反應，導致負極材料消耗，最終使電池失效。

在這項最新工作中，研究人員改用多層次的大孔石墨烯作為正極材料，利用水和碘化鋰作為電解液添加劑，最終出現(xiàn)和分解的是氫氧化鋰，而不是此前電池中的過氧化鋰。氫氧化鋰比過氧化鋰要穩(wěn)定，大大降低了電池中的副反應，提高了電池性能。其中碘化鋰除了幫助分解氫氧化鋰外，似乎還起到了保護鋰金屬負極的用途，使電池有關(guān)過量的水有一定的免疫性。沒有它，同量的水會直接使電池失效，完全無法充放電。

研究人員開發(fā)出的鋰—空氣電池模型蓄電能力約為3000瓦時／千克，是現(xiàn)有鋰離子電池的約8倍，可循環(huán)充放電上千次，首次循環(huán)充放電效率高達93%，即充入電池中93%的能量在放電時都能被使用。

研究人員指出，這一工作為加快鋰—空氣電池的發(fā)展供應了許多新思路，比如使用多層次大孔石墨烯電極和電解液添加劑來改變電池反應產(chǎn)物、減少電池副反應、提高蓄電能力等。

美國帕洛阿爾托市博世研究與技術(shù)中心鋰—空氣電池專家JakeChristensen表示：“據(jù)我所知，這是這種特殊的材料組合第一次得到了研究。”但他指出要想商業(yè)化依然面對幾個問題。Christensen特別強調(diào)，這種電池供應的電流密度約為汽車所需的1/50到1/20。

“我們最好的表現(xiàn)獲得的是非常低的電流密度。”Grey承認，“因此我們距離一輛車所需的電池能量還很遠。”她強調(diào)，假如這項技術(shù)能夠投入實際應用，它最先可能將用于充電電池，而非汽車電池。