盡管目前鋰離子電池還有發(fā)展?jié)摿Γ瑥拈L遠(yuǎn)來看對(duì)電動(dòng)汽車來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。無論如何必須尋找其他類型的電池。綜觀現(xiàn)在各類電池的研究進(jìn)展,普遍認(rèn)為鋰空氣和鋰硫電池有比較大的潛力。

盡管目前鋰離子電池還有發(fā)展?jié)摿?,從長遠(yuǎn)來看對(duì)電動(dòng)汽車來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。無論如何必須尋找其他類型的電池。綜觀現(xiàn)在各類電池的研究進(jìn)展,普遍認(rèn)為鋰空氣和鋰硫電池有比較大的潛力。

鋰硫電池早在1940年就有研究,而鋰空氣電池最近才引起關(guān)注。

下圖列舉了各類電池電動(dòng)汽車的續(xù)航能力,目前鋰離子電池為160公里,繼續(xù)優(yōu)化鋰離子電池未來有望達(dá)到200公里,要真正有競爭力,能行駛 500 公里以上,未來很可能需要采用鋰空氣電池。

如下羅列了鋰空氣和鋰硫電池的特點(diǎn),問題,及發(fā)展前景。

鋰空氣(無水型,或有機(jī)電解液型)

正極空氣電極受空氣中二氧化碳和水蒸氣的影響,透氣膜有待開發(fā)。目前無特制透氣膜的話電池壽命僅幾個(gè)小時(shí),最好的透氣膜電池壽命1個(gè)月。

電解液是大問題,必須化學(xué)穩(wěn)定,導(dǎo)離子,溶解氧,擴(kuò)散氧,不易揮發(fā)。目前常用碳酸丙烯酯,但放電過程中易受到氧氣影響而降解。最近有報(bào)道使用醚類,穩(wěn)定但充電是不能釋放全部氧。

電壓取決于正極催化劑的使用。目前常用alfa二氧化錳,最新研究有用碳材料的。還不清楚催化劑是否促進(jìn)電解液分解影響其穩(wěn)定性。

正極氧還原在鋰存在下常被認(rèn)為是一個(gè)電子轉(zhuǎn)移。

充放電的正極反應(yīng)路徑不一樣,引起充放電電壓不一致,常為0.7伏差異。

金屬鋰負(fù)極的安全性,剩余金屬鋰問題或載體問題。

鋰空氣(有水型)

始于2007年。

最大問題為保護(hù)金屬鋰負(fù)極,避免接觸水電解質(zhì),使用一層絕緣但鋰離子能通過的膜。

不需要防止空氣中水(蒸氣)的入侵,但還是要防止二氧化碳。

水電解質(zhì)參與電極反應(yīng),放電過程中被消耗引起氫氧化鋰飽和,流動(dòng)設(shè)計(jì)有可能解決這個(gè)問題。

為提高容量,必須允許使用固體氫氧化鋰,這里需要一個(gè)離子交換膜來解決這個(gè)問題。

氧還原問題,需要催化劑。

鋰硫電池

正極還原硫,最終得到硫化鋰,已經(jīng)有幾十年的研究。

優(yōu)點(diǎn):硫便宜,高理論容量。

問題:硫?qū)щ姴睿龢O反應(yīng)得到固體硫化鋰,所以充電循環(huán)次數(shù)少,速率慢;形成不同中間產(chǎn)物,正負(fù)極間流動(dòng)消耗,容量迅速降低;金屬鋰和電解液界面難以控制。

最近研究:使用多孔正極改善導(dǎo)電性;使用有機(jī)硫高分子正極;電解質(zhì)問題。

總的來說,從總成本來看鋰硫比鋰空氣電池更接近市場(chǎng)化。但鋰硫電池的問題幾十年沒解決,而鋰空氣研究時(shí)間尚短。

整體來說化學(xué)問題還沒理解清楚,目前很難商業(yè)化。

很難說哪個(gè)將來會(huì)最終商業(yè)化,也可能都不會(huì),但目前沒更好的辦法。

[責(zé)任編輯:趙卓然]

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