空气锂电池刷新电池循环次数

3月21日，芝加哥伊利诺伊大学和阿贡国家实验室的研究人员设计了一种新型空气锂电池，可在自然空气环境下工作，并能达到750次无损耗充放电循环。相关研究已经被发表在《自然》杂志上。

能量无限的空气锂电池

锂电池作为目前使用最为广泛的储能方式，相关研究一直方兴未艾，而研究的目的殊途同归都是为了扩大容量，提高能量密度。既然叫做锂电池，那么阳极必定是就是锂，因此很多研究也就是对阴极和电解液做文章，除了各种金属，近年来越来越流行一种直接将空气当做阴极的锂电池。

理论上来讲，如果将空气当做阴极，似乎就能形成无限大的能量密度，因为空气是取之不尽的，只要能够保证空气阴极不断进行反应，那么空气锂电池的容量就无上限。

当然这么好的事情要实现起来并不简单，实际上阴极必须要和空气中氧气发生反应才能保证电池运作，因此这种电池也被称作锂氧电池，然而空气中又有太多杂质，加上用氧的氧化还原反应对电解液的要求非常高。

这样一来，在发电过程中必定会发生各种副反应，导致阴极在反应过程中被各种反应物、废料堆积，循环不到几次就不能再使用。此前最好的记录还是2016年MIT的120次充放电锂氧电池，超过这个次数电池就会产生损耗。

全面改进

此次的改进除了针对电池的阴极，研究人员连锂金属阳极和电解液都做了不同程度的改善。

首先，研究人员在阴极周围使用了一个碳制造的海绵状晶格结构包围层，晶格上还涂有二硫化钼催化剂，目的就是阻止空气中的二氧化碳、水蒸气等杂志对氧化还原反应造成影响。

然后，在金属锂的阳极基础上还涂覆了一层碳酸锂薄层，该涂层能够选择性地允许锂离子进入电解质，同时防止不想要的化合物到达阳极。

电解液方面，研究人员使用由锂离子液体和二甲基亚砜的混合电解质，此前大部分是使用碳酸这有助于促进锂氧反应，使锂与空气中其他元素的反应最小化，降低了其他副反应的发生。

最后，通过这些方法制成的电池能够做到750次的无损耗充放电使用，刷新了空气锂电池的充放电记录。

此次研究负责人包括伊利诺伊大学的3位助理教授MohammadAsadi、FatemehKhalili-Araghi和RobertKlie，虽然前两位为物理学院，最后一位在化学学院，但他们的研究对象均包括各种新型材料，只是出发点为物理性质或者化学性质，他们发表此前发表的论文总共被引用超过8000次。另外，阿贡国家实验室此前就对空气锂电池颇有研究，上面提到的MIT的锂电池就有阿贡国家实验室的帮助。

当然，空气锂电池虽然理论上非常有吸引力，但要真正商业化落地还差很远，哪怕是这次的750次充电，如果整合进电动车，按照日常使用恐怕2年就不行了。除了要需要继续探索可避免副反应的材料之外，性价比也是关键因素，此次研究团队丝毫未提及价格的问题，这其中的各种稀有金属的价格恐怕也会制约空气锂电池的商业化落地。