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锂空气电池和锂离子电池的区别

钜大LARGE  |  点击量:1002次  |  2022年05月05日  

锂空气电池和锂离子电池有什么差别?


锂离子电池


在锂离子电池中,负极为碳,正极为不同过渡金属氧化物,如钴、锰、铁等。二者均浸润于溶解有锂盐的电解液中。充电时,锂离子从正极(阴极)移动到负极(阳极)多孔碳上,嵌入碳材料中,外部电流从负极流到正极(电子从正极移动到负极),形成闭合回路;放电时,锂离子从负极脱嵌,回归正极,外部电流从正极流向负极(电子从负极移动到正极)。最终电池的容量大小取决于有多少材料能够容纳锂离子,即由电极的体积与质量决定。


锂离子电池原理


当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。


同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。


不难看出,在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。假如我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象优秀的运动健将,在摇椅的两端来回奔跑。所以,专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。


锂空气电池


锂空气电池是一种用锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其阴极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。


与锂离子电池要锂的化合物和石墨做电极不同,锂空气电池可以直接使用锂金属单质(Li)和空气中的氧气(O2)作为电极。在最理想的情况下,电池放电时,由氧气氧化锂单质生成过氧化锂(Li2O2),在外电路中出现电流;充电时再由过氧化锂分解成锂和氧气。全过程无需其它质量较大的元素参与,而阴极甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不计的空气!


因此,锂空气电池可以实现比锂离子电池高得多的能量密度。事实上,由于锂是元素周期表中相对原子质量最轻的金属元素,而氧气则来自空气中,锂空气电池拥有着电化学电池中最高的理论能量密度换句话说,单位质量的锂空气电池可以储存并释放的能量,要比所有其它电化学储能介质都要多。


非液态的锂-空气电池的理论能量密度可达12kWh/kg,是现有锂离子电池的5~10倍,几乎可以与汽油的约13kWh/kg相媲美。假如锂空气电池可以最终走向市场,电动汽车也将拥有和汽油车同样级别的续航里程,将会彻底打破由于锂离子电池能量密度过低而导致的续航里程瓶颈,关于清洁能源未来的发展有着重要的意义。

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