鋰-空氣電池超強蓄電能力或成電動(dòng)汽車(chē)突破關(guān)鍵

　　美國麻省理工學(xué)院(MIT)與桑迪亞國家實(shí)驗室(Sandia Nationaal Laboratory)的研究人員在鋰-空氣電池領(lǐng)域取得了人們期盼已久的進(jìn)展。該研究為鋰-空氣電池充電時(shí)發(fā)生的電化學(xué)反應帶來(lái)了新的洞見(jiàn)。

　　鋰-空氣電池有望實(shí)現五至十倍于傳統鋰離子電池的蓄電能力，因此很多人認為，他們可能已經(jīng)掌握了解題的關(guān)鍵，能將電動(dòng)汽車(chē)從汽車(chē)業(yè)的一個(gè)利基市場(chǎng)轉化成更加龐大的細分市場(chǎng)。

　　毋庸置疑，電動(dòng)汽車(chē)仍然是媒體報道的焦點(diǎn)，比如最近贏(yíng)得《消費者報告》(Consumer Reports)有史以來(lái)汽車(chē)類(lèi)別最高評分的特斯拉Model S汽車(chē)(Tesla Model S)。我猜《消費者報告》的編輯們一定不會(huì )介意其425公里的續航里程或者長(cháng)達數小時(shí)的充電時(shí)間。

　　要使電動(dòng)汽車(chē)更加契合人們對現有的化石燃料動(dòng)力汽車(chē)的慣性期待——也就是說(shuō)650公里的續航里程以及約兩分鐘加滿(mǎn)油行駛下一個(gè)650公里——那么，為這些全電動(dòng)汽車(chē)供能的電池技術(shù)就得實(shí)現一場(chǎng)大的飛躍。

　　盡管眼下我們用來(lái)給電動(dòng)汽車(chē)供能的鋰離子電池一直以來(lái)也都在改進(jìn)，但一種流傳很久的說(shuō)法是，從技術(shù)上講，當初啟用鋰離子電池可能是選錯了道。

　　若要使電池的性能與化石燃料相媲美，那么電池的能量密度就需達到約1000瓦時(shí)/千克。而眼下我們所使用的鋰離子電池，就算性能翻番也只能達到400瓦 時(shí)/千克。正如美國前能源部部長(cháng)朱棣文(Steven Chu)所言，電池科技若要與內燃機相抗衡，其蓄電能力還得提升至當今電池的六到七倍。

　　而就是在這一點(diǎn)上，鋰-空氣電池以其十倍于鋰離子電池的蓄電能力強勢登場(chǎng)。但時(shí)至今日，這種電池除了在高度受控的實(shí)驗室環(huán)境內可行之外，要在其他任何地方實(shí)現應用仍然是個(gè)重大的難題。

　　在發(fā)表于美國化學(xué)學(xué)會(huì )(ACS)期刊《納米快報》(Nano Letters)的論文(《用原位透射電鏡觀(guān)察過(guò)氧化鋰電化學(xué)氧化反應的研究》)中，麻省理工學(xué)院和桑迪亞國家實(shí)驗室的研究人員使用透射電子顯微鏡 (TEM)，深入探究了阻礙鋰-空氣電池進(jìn)展中的一個(gè)難題——析氧反應。

　　研究人員正是在這一反應中首次觀(guān)察到了過(guò)氧化鋰(Li2O2)的氧化。過(guò)氧化鋰是鋰-空氣電池放電過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。觀(guān)察顯示，過(guò)氧化鋰主要在電池基板的界面生成，后者由多壁碳納米管制成。

　　在該位置，過(guò)氧化鋰阻礙電子流動(dòng)，從而阻礙電池充電。然而，研究人員還發(fā)現，在充電時(shí)，當電子通過(guò)碳納米管時(shí)，放電時(shí)形成的過(guò)氧化鋰又會(huì )逐漸縮小。這意味著(zhù)，如果能加快電池的電子轉移，那么也就能提升這些電池的充電速度。

　　“這篇論文找出了關(guān)鍵的制約因素——電子轉移……作出了重要貢獻。”美國西北太平洋國家實(shí)驗室(Pacific Northwest National Laboratory)研究員蕭杰(音)表示。這一例子向我們展示，基礎研究可以顯著(zhù)提升我們在實(shí)踐應用中化解難題的能力。論文中所提供的信息將對鋰-空 氣電池中空氣電極的合理化設計提供洞見(jiàn)。

　　雖然該研究仍然沒(méi)有為這些電池在實(shí)驗室環(huán)境之外的應用指明道路，但選取一種至少有望讓電動(dòng)汽車(chē)與化石燃料驅動(dòng)汽車(chē)相比肩的電池科技作為未來(lái)的道路，也不失為明智之舉。