韓國研究人員近日發(fā)現(xiàn)，鋰空氣電池的性能與二氧化碳的含量有較大關聯(lián)。研究人員認為，電池中的Li2CO3根據(jù)鋰空氣電池中電解質(zhì)的介電性能(dielectric properties)，能夠選擇性地作為放電反應的最終產(chǎn)物。此外，他們還驗證了Li2CO3在鋰-氧氣/二氧化碳電池循環(huán)中能夠發(fā)生可逆反應。
據(jù)中國有色金屬網(wǎng)6月26日報道，相關論文已發(fā)表于《美國化學學會期刊》上。研究者認為，了解鋰空氣電池中CO2的化學特性以及二氧化碳在電解質(zhì)溶解時起到的作用對于鋰空氣電池的發(fā)展有重要意義。另外，基于Li2CO3來探究可充電鋰-氧氣/二氧化碳電池的可能性有一個最大的優(yōu)點————最大限度地減少不良反應。
鋰空氣電池的最高理論能量密度約為3500瓦時/千克，是下一代電動車能量儲存系統(tǒng)的良好動力源，可使電動車實現(xiàn)更長的形式里程。鋰空氣電池的結構基于一對夾層電極(intercalation electrode)。在充電時，鋰離子從陰極移動至電解液然后插進陽極;放電時，該過程逆轉(zhuǎn)。
鋰空氣電池要達到商業(yè)化階段還面臨著許多科技與工程上的難題，包括對于電池反應機制的了解程度不夠、電解質(zhì)的化學性能不穩(wěn)定、循環(huán)壽命短、離子傳遞速率低等因素，均在很大程度上導致了電池過高載荷現(xiàn)象。
研究人員指出：”現(xiàn)在還不知道當鋰空氣電池在無氧環(huán)境下測試時會發(fā)生何種情況，因為以前大部分研究都是在有氧環(huán)境下進行測試的，并將空氣中其他成分對于電池性能的影響忽略不計。所以，證明二氧化碳對于鋰空氣電池的影響，就必須營造出一個溫室環(huán)境，并逐個研究空氣中其他成分(氮氣、氬氣、水、二氧化碳)對于電池性能的影響?！?/p>
假設通過防水膜可以去除水份(導致電解質(zhì)和陽極劣化的主要物質(zhì))，二氧化碳對于鋰空氣電池的化學特性應該有著最顯著的影響，超過空氣中其他成份的影響力。傳統(tǒng)鋰空氣電池的陰極電壓為3伏，在周圍環(huán)境含有氬氣和氮氣時，3伏的電壓無法激活電化學反應，而二氧化碳由于其惰性較強，則可承受響應的電化學反應。
化學穩(wěn)定性的差異意味著最終產(chǎn)物Li2O2總會通過二氧化碳被轉(zhuǎn)化成Li2CO3，而該不可逆反應限制了鋰空氣電池的循環(huán)性能。
另外，盡管二氧化碳在空氣中的比例不高，但因為二氧化碳具有高溶解度(比氧氣高50倍)，因此將其應用于電池反應中。為了進一步發(fā)展鋰空氣電池技術，必須將二氧化碳與Li2CO3對于鋰空氣電池性能的影響考慮在內(nèi)。
韓國高級科學技術研究所(Korea Advanced Institute of Science and Technology)以及首爾國立大學(Seoul National University)研究小組研究了各種電解質(zhì)條件下，利用量子力學模擬與試驗驗證相結合，研究鋰氧氣/二氧化碳電池的反應機理。
他們發(fā)現(xiàn)，一種低介電的電解質(zhì)會形成Li2O2，而高介電解質(zhì)會活化二氧化碳，產(chǎn)生Li2CO3。不過意外的收獲是，他們發(fā)現(xiàn)類似二甲化硯(DMSO)之類的高電介質(zhì)可使Li2CO3產(chǎn)生可逆反應。
研究者表示，這項發(fā)現(xiàn)非常重要，因為在含有二氧化碳的環(huán)境中，鋰空氣電池中Li2CO3的形成是不可避免的，然而目前發(fā)現(xiàn)了可以促使其發(fā)生可逆反應的物質(zhì)，可使電池的循環(huán)性能更穩(wěn)定。
下載文檔
