鋰空氣電池實用化漸近,可讓EV續航延長4倍
2024/02/18
美國阿貢國家實驗室等提高了容量有望達到鋰離子電池4倍以上的鋰空氣電池的耐久性,同時實現了達到實用水準的1000次充放電。這不僅可以延長純電動汽車(EV)的續航里程,還有助於實現飛機和卡車的電動化。力爭在2030年代前半期實現實用化。
阿貢國家實驗室和美國伊利諾伊理工大學試製的是被稱為「夢想中的蓄電池」的鋰空氣電池。理論容量達到每公斤約3000瓦時,達到據稱上限為300瓦時的鋰離子電池的10倍。
阿貢國家實驗室的特別研究員Larry Curtiss期待地表示:「(鋰空氣電池)在新一代電池之中擁有最高的能量密度」。該實驗室力爭將容量提高到鋰離子電池的4倍。這一水準可實現充電一次即可行駛1000英里(約1600公里)以上的純電動汽車。這將是目前標準純電動汽車的4倍左右。
現有的鋰離子電池很難進一步提升容量。除了鋰空氣電池以外,正極使用硫磺的鋰硫電池、負極使用鋰金屬的鋰金屬電池還有將電解液改為固體電解質的全固態電池的開發也在推進。
然而,所有電池將容量提高至1.5~2倍被認為是極限。鋰空氣電池可以將攜帶電子的鋰離子大量儲存在負極的鋰金屬中。正極利用空氣中的氧代替傳統的鋰化合物,可以實現電池的輕量化。
不過,以往在放電過程中,鋰離子容易與氧結合,産生過氧化鋰這種雜質。這種物質在充電時很難再變回鋰離子。因此,將對電池施加過多的電壓,電池容易劣化。
在負極,鋰金屬的結晶呈針狀生長,有可能到達正極,造成短路,只能進行數十次的充放電。
為了克服這些缺點,阿貢國家實驗室等機構採用固體電解質代替電解液。在鋰鹽和樹脂的複合體之中,混合面向全固態電池開發的鋰和磷的化合物等,製造出電解質。
通過用正極和負極夾住電解質,試製出了電池。容量為每公斤685瓦時,達到鋰離子電池的逾2倍。由於固體電解質不易分解,緊貼負極施加壓力,所以可防止鋰枝晶的形成。放電時不易産生多餘的過氧化鋰。反覆充放電1000次後仍能維持88%的容量。
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