麻省理工學院的研究人員在取代為手機、筆記型電腦和電動汽車供電的鋰離子電池方面邁進了一步，他們開發出了一種在相同重量下可以儲存更多能量的裝置。
該裝置被稱為鋰空氣或鋰氧電池。帶電的鋰原子與透過裝置的空氣中的氧氣反應，形成過氧化鋰，並沉積在結構上。然後可以分解過氧化物以釋放電力。
在一篇發表在Energy & Environmental Science期刊上的論文中，一個材料科學家和機械工程師團隊改進了這種設計，使其重量相同的儲電量幾乎是鋰離子電池的四倍。
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“我認為，關鍵優勢是能量密度，”材料科學與工程專業的博士生羅伯特·米切爾說。米切爾和機械工程專業的博士生貝塔·加蘭特是這項研究的共同第一作者。“在過去的幾年裡，人們對這些電池重新產生了濃厚的興趣，”米切爾說。
電池的電極是由碳奈米纖維構成的：純碳的細而空心的圓柱體。奈米纖維被生長和排列，形成一種類似於地毯或草坪的結構。“這些碳電極獨特的形態為過氧化鋰創造了一個低密度支架，”米切爾說。結構中的開放空間為以鋰化合物的形式儲存電力提供了充足的空間。
尋找合適的催化劑
電池本身也比現有的可充電電池輕得多。“原因與陰極的工作方式有關，”加蘭特說。“我們直接讓鋰與氧氣而不是鈷反應，”鈷是目前這一代鋰離子電池中最常用的材料。“對於給定的重量，它可以為電動汽車提供更長的續航里程，”她說。
儘管如此，這種新裝置也有一些侷限性。“鋰空氣電池的一個挑戰是往返效率低，”米切爾說。“分解過氧化鋰所需的電壓相當大”；也就是說，電池輸出的電壓低於為其充電所需的電壓。
該團隊正在研究一些潛在的解決方案。“人們對提高效率的新催化劑非常感興趣，”米切爾說。催化劑將降低分解過氧化鋰所需的能量。米切爾說，鋰空氣電池的實際應用還需要數年時間。
然而，真正讓加蘭特感興趣的不僅僅是這項研究的潛力。“我們開發的結構真正令人興奮的地方在於，我們可以看到過氧化鋰結構的形成、生長和退化，”加蘭特說。研究人員希望研究材料如何在結構上沉積，以及調整碳密度，以便繼續提高裝置的效率。
經Environment & Energy Publishing, LLC.許可，轉載自Climatewire。www.eenews.net, 202-628-6500