研究人员正在开发一种更节能的电池

电池研究人员一致认为，锂-空气(或锂-氧)电池是未来电池技术最有前途的可能性之一，在给定重量下，这种电池提供的电量是目前领先的锂离子电池的三倍。然而，对制造这种电池的各种方法的测试产生了相互矛盾和令人困惑的结果，以及如何解释这些结果的争议。

麻省理工学院的一个小组进行了详细的测试，似乎解决了围绕一种有前途的电池材料的问题:一种叫做碘化锂(LiI)的化合物。这种化合物被视为解决锂空气电池一些问题的可能方案，包括无法维持多次充放电循环，但相互矛盾的发现引发了人们对这种材料在这项任务中的实用性的质疑。这项研究解释了这些差异，尽管它表明这种材料可能并不合适，但这项工作为克服LiI的缺点或寻找替代材料的努力提供了指导。

锂-空气电池的前景来自于这样一个事实:通常由金属或金属氧化物制成的两个电极中的一个被空气取代，空气可以进出电池;这样，一种失重的物质就代替了其中一种重的成分。这种电池的另一个电极是纯金属锂，一种轻质元素。

这一理论承诺在实践中受到了限制，因为有三个问题:充电需要高电压，回收投入能量的效率低，以及由于电池氧电极不稳定而导致的低循环寿命。研究人员提出在电解液中添加碘化锂作为解决这些问题的一种方法。但已发表的研究结果却相互矛盾，一些研究发现LiI确实能延长电池的循环寿命，“而另一些研究则表明，LiI的存在会导致不可逆反应和电池循环不良，”Shao-Horn说。

此前，“大多数研究都集中在有机物上”，以使锂空气电池可行，该论文的主要作者迈克尔·图洛奇茨基(michael Tulodziecki)说。但大多数有机化合物都不稳定，他说，“这就是为什么人们非常关注碘化锂(一种无机材料)，一些论文称它有助于电池实现数千次循环。”但也有人说不行，这样会损坏电池。”他说，在这项新研究中，“我们详细探索了碘化锂在有水和没有水的情况下是如何影响这一过程的”，这一对比结果被证明是重要的。

研究小组采用了一种不同于大多数其他研究的方法，研究了锂离子在锂空气电池放电中的作用。一组研究是用电池外部的成分进行的，这使得研究人员能够对反应的一部分进行归零，而另一组研究是在电池中进行的，以帮助解释整个过程。

然后，他们使用紫外线和可见光光谱学以及其他技术来研究发生的反应。这两种方法都能在LiI和水的存在下产生不同的锂化合物，如LiOH(氢氧化锂)，而不是Li2O₂(过氧化锂)。LiI可以增强水的反应性，使其更容易失去质子，从而促进这些电池中LiOH的形成，并干扰充电过程。这些观察结果表明，找到抑制这些反应的方法可以使LiI等化合物更好地发挥作用。

莱弗里克说，这项研究可以为选择一种不同的化合物来代替LiI来执行其抑制电极表面不必要的化学反应的预期功能指明道路，并补充说这项工作证明了“仔细研究详细机制”的重要性。

Shao-Horn说，新的发现“有助于弄清LiI在出院中的作用这一存在争议的真相。我们相信这澄清并汇集了所有这些不同的观点。”

但研究人员表示，这项工作只是将锂-空气技术付诸实践的漫长过程中的一步。“要理解的东西太多了，”莱弗里克说，“所以没有一篇论文能解决这个问题。但我们将持续取得进展。”

麻省理工学院(MIT)

www.mit.edu

- Chris Vavra编辑，制作编辑，控制工程，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程能源和能源新闻．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。