本课题的研究不仅解释了在其他实验中结果矛盾的原因,而且还可能会增加每磅电池可以储存的能量。
电池研究人员认为,锂空气(或锂 - 氧)电池是未来最有前景的电池技术之一,因为其在相同磅数下,所提供的功率是现有领先技术的锂离子电池可提供的功率的三倍。 但是,当我们对采用了不同制作方法制备的这种电池进行测试时,所得到的测试结果是相互矛盾的,同时解决这些矛盾测试结果的争议也随之而来。
目前,麻省理工学院的一个团队进行了详细的测试,以探索研究出了适用于这类电池的一种有希望的材料:碘化锂的化合物。研究人员相信这个化合物可能会解决一些关于锂空气电池所存在的问题,其中主要包括无法维持许多充电 - 放电周期。然而,因为之前对此类问题的研究存在着相矛盾的结论,从而引起了有关该材料对此任务有用性的质疑。虽说目前关于该材料的作用存在着质疑,但这项新研究确实是解释了这些结论的差异,尽管它表明材料可能不合适,但是这些工作为克服LiI的缺点或找到替代材料提供了关键性的指导。
凯克能源教授 Y ang Shao-Horn 、David H. Koch工程教授兼化学工程系主任Paula Hammond、最近麻省理工学院电子研究实验室的博士后Michal Tulodziecki、麻省理工学院研究生Graham Leverick和访问学生俞凯山以及另外三个学者共同完成了该项研究,并将这一新的结果写进了发表于“麻省理工学院学报” 的《能源与环境科学》杂志上的一篇论文中。
锂空气电池具有较好的发展前景,因为从前电池的两个电极是由金属或金属氧化物组成的,而目前锂空气电池则是将两个电极中的任意一电极替换为流入和流出电池的空气;又因为空气在一端作为电极可减轻电池重量,且电池中的另一个电极将是纯金属锂,这也比传统金属或金属氧化物电极质量轻。
Shao-Horn说:“由于锂空气电池存在着充电时需要高的电压、且降低放电能量的效率低以及电池氧气不稳定而引起的循环寿命短这三个问题,导致这一理论在实践中的应用受到了限制。 所以研究人员提出了在电解液中加入碘化锂的方法以解决其存在的这些问题。但是其实验公布的结果仍然是矛盾的。有研究发现,碘化锂确实提高了循环寿命,而另有研究表明,碘化锂的存在会导致不可逆的反应和电池循环不良等问题。”
该论文的首席作者Michal Tulodziecki表示:“关于锂空气电池的大多数研究都集中在有机物上。”以使锂空气电池可行。但是大多数这些有机化合物是不稳定的。他接着说:“这就是为什么研究人员一直非常关注碘化锂(一种无机材料)的原因,其中,一些关于碘化锂的文章表明碘化锂有助于电池实现数千个循环。 但是有人却认为这种材料会损坏电池。而在这项新的研究中,我们详细探讨了水存在和水不存在的情况下碘化锂如何影响锂空气电池中的反应过程。”最后所得的对比结果是非常明显的。
研究人员利用了与大多数其他研究中的不同方法,研究了锂离子电池放电的作用。 并对电池外部的组件也进行了一组研究,这使研究人员能够对一部分反应进行零化,而另一项研究是在电池中进行的,以帮助解释电池反应的整个过程。
然后,他们分别利用了紫外线和可见光光谱学等技术研究了在电池工作中所发生的反应。 这两种方法都表示,在碘化锂和水都存在的情况下可以促进生产不同的锂化合物如氢氧化锂,而不是过氧化锂。其中,碘化锂不仅可以提高水的活性,而且更容易失电子,从而促进氢氧化锂在这些电池中的形成,并干扰其 充电过程。 这些观察结果表明,寻找抑制这些反应的方法可能会使碘化锂等化合物在电池中发挥更好的作用。
Leverick说:这项研究目的在于选择不同的化合物以代替碘化锂的化合物来实现抑制电极表面的破坏性化学反应的功能。他又继续补充道,这项工作表明了‘仔细观察反应机制详细过程的重要性’,即一项研究,必须能够深刻的了解反应机制详细过程。”
研究人员认为,这项工作只是在尝试使用锂空气技术实用化的漫长过程中迈出的一步。之前存在着许多不同的理解,但从没有一片论文解释出能够解决这一问题的方法。 然而,我们会取得进一步的成果。
阿贡国家实验室的杰出研究员Larry Curtiss,虽然没有参与这项研究,但他认为:“关于依靠氧气和锂离子的锂氧电池的研究是非常有意义的,因为这项研究的成功可推动电动汽车行业的发展。 然而,它们的效率还不高仍然是目前存在的一个很大的弊端。不过通过添加普通的盐,碘化锂可以潜在地使这些电池更有效地运行。” 他们提供了关于碘化锂如何帮助分解固体放电产品的新见解,这将有助于促进这些先进的电池系统的发展。
Curtiss补充说:“在这些电池成为现实之前还有很大的困难需要克服,例如,如何获得足够长的循环寿命,一旦解决这一问题,将是对电池领域非常重要的贡献。”
原文来自:mit,由材料科技在线团队翻译整理。