鋰空氣電池可以充電了
在新能源汽車(chē)動(dòng)力電池上，以前很多人不看好鋰空氣電池。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員崔光磊說(shuō)：“鋰空氣電池有很高的能量密度，理論能量密度為5200Wh/kg，但以前只能作為‘一次性電池’使用。我們經(jīng)過(guò)研究，找到了解決辦法，現(xiàn)在鋰空氣電池可以充電，可以重復(fù)使用。如果其他技術(shù)難題被破解，將有助于新能源汽車(chē)發(fā)展。”
這項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)由崔光磊、劉志宏、王海波、陳驍、韓鵬獻(xiàn)共同研發(fā)成功。記者通過(guò)專(zhuān)利檢索了解到，該發(fā)明的隔膜具有快的鋰離子通過(guò)性能，同時(shí)隔離有機(jī)電解液和水性電解液，避免水分接觸金屬鋰發(fā)生危險(xiǎn)或生成惰性物質(zhì)阻止反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)該膜具有良好的機(jī)械性能。
以崔光磊為帶頭人的科研團(tuán)隊(duì)在鋰空氣電池方面取得的成果并不僅限于此。在中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、山東省杰青基金和青島市太陽(yáng)能儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等攻關(guān)項(xiàng)目支持下，在電解質(zhì)、電極材料體系和液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面已經(jīng)申請(qǐng)多項(xiàng)專(zhuān)利。
崔光磊說(shuō)：“鋰空氣電池面臨充放電能量轉(zhuǎn)化效率低、深度放電循環(huán)壽命短等兩個(gè)核心問(wèn)題，我們從氮化物材料出發(fā)，通過(guò)構(gòu)效關(guān)系研究，設(shè)計(jì)構(gòu)建了納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的高性能鋰空氣電池陰極，成功地降低了電池的充放電極化，提高了能量轉(zhuǎn)化效率。此外，通過(guò)液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大消除非活性物質(zhì)對(duì)電極界面的污染，并通過(guò)有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合電解質(zhì)體系設(shè)計(jì)，將循環(huán)壽命提高70%。”
理論上可達(dá)800公里
電池能量密度決定了電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。目前，大家普遍認(rèn)為，電池發(fā)展分為四個(gè)階段。第一階段是磷酸鐵鋰，現(xiàn)在不少電動(dòng)汽車(chē)正在采用磷酸鐵鋰電池，較好的磷酸鐵鋰電池的能量密度能夠達(dá)到100Wh/kg，續(xù)駛里程約為100公里；第二個(gè)階段是三元材料與改性錳酸鋰等，國(guó)內(nèi)已有部分企業(yè)研發(fā)出投入實(shí)際使用的產(chǎn)品，其能量密度可以達(dá)到150~180Wh/kg， 可以支持150~200公里的合理續(xù)駛里程；第三個(gè)階段是250~300Wh/kg的能量密度，如果實(shí)現(xiàn)，可以支持300公里的合理續(xù)駛里程；第四個(gè)階段是400~500Wh/kg能量密度，如果實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程完全可以達(dá)到燃油汽車(chē)的水平。
鋰空氣電池理論能量密度為5200Wh/kg，高出現(xiàn)有電池體系1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，可完全滿(mǎn)足未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池能量密度的要求。崔光磊說(shuō)：“鋰空氣電池具有高能量密度特性，從理論上講，續(xù)駛里程可以達(dá)到800公里，如果能夠解決其他技術(shù)問(wèn)題，困擾電動(dòng)汽車(chē)的難題就將迎刃而解。”
目前，不僅電池能量密度困擾電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展，現(xiàn)有動(dòng)力電池太重也是一大障礙，為了增加續(xù)駛里程，必須安裝多塊鋰電池，這勢(shì)必增加車(chē)輛自身重量，降低有效載荷。另外，需要安裝多塊鋰電池，對(duì)車(chē)輛設(shè)計(jì)也提出了考驗(yàn)。
鋰空氣電池不僅能量密度高，而且重量輕。崔光磊說(shuō)：“現(xiàn)有電池包含正極和負(fù)極材料，鋰空氣電池只有負(fù)極，其正極是空氣，這大大降低了鋰空氣電池的重量。”
如果鋰空氣電池能夠真正投入到實(shí)際運(yùn)用中，人們關(guān)于電池發(fā)展的四個(gè)階段劃分將被徹底修改，綠色出行不再是夢(mèng)想。
實(shí)際量產(chǎn)或需要5年
鋰空氣電池雖然前景光明，但離實(shí)際量產(chǎn)還比較遙遠(yuǎn)。崔光磊說(shuō)：“鋰空氣電池實(shí)現(xiàn)了從‘一次電池’到‘二次電池’的突破，如果要投入實(shí)際量產(chǎn)，還有很多問(wèn)題需要解決，從我們的研究經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，可能還需要5年時(shí)間。”
據(jù)介紹，目前，鋰空氣電池存在充電電流較小，充電時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，這些問(wèn)題將是崔光磊研究小組接下來(lái)需要重點(diǎn)解決的難題。
崔光磊說(shuō)：“這幾個(gè)難題解決了，鋰空氣電池的實(shí)用前景就會(huì)比較明朗。接下來(lái)就是實(shí)用階段研究。目前，我們已與泰豐集團(tuán)合作，深入探索解決方法，完善研究成果。”
