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研究发现影响高能量密度锂空气电池寿命的主要因素

2021-01-22

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盖世汽车

据外媒报道，日本国立材料研究所NIMS和SoftBank发现，影响高能量密度锂空气电池循环寿命的主要影响因素为电解液体积与电极的面积比。据悉，该研究团队开发出一项技术，可用于量化电池电化学反应中形成的产物和氢的使用量，从而精确评估反应物和产物之间的整体平衡。

锂空气电池重量轻，且能量密度高（理论上为锂离子电池能量密度的好几倍），有望成为未来的终极充电电池。因此，它可能会被应用于多项技术领域，如无人机、电动汽车和家用电力存储系统等。NIMS-SoftBank先进技术开发中心成立于2018年，一直致力于锂空气电池研究，努力推进该电池在各种技术中的实际应用，包括移动电话基站、物联网和高空台站（HAPS）。

（图片来源： NIMS ）

延长电池循环寿命至关重要。但对于锂空气电池的循环寿命大多数评估都集中在单个电池组件（如电极材料），只有少量研究实际制造功能性高能量密度锂空气电池及评估循环寿命。此外，对电池电化学反应涉及到的物质（如作为正极活性材料的氧气和气态副产物）进行定量测量的方法也比较少。因此，研究人员无法对反应物和产物之间的总体平衡进行测量，从而无法确定影响电池循环寿命的主要因素，导致锂空气电池的应用研发进程缓慢。

近期，该研究小组研发了一项新技术，可以量化电化学反应中使用的氧气以及在充电和放电循环中产生的气体和挥发性物质。随后，该团队使用该技术对高能量密度锂空气电池（由NIMS-SoftBank先进技术开发中心开发）内部发生的复杂电化学反应进行精确分析，发现锂空气电池的循环寿命主要受电解液体积与电极面积比的影响。这意味着未来可以通过保持电解液恒定情况下，减小电极的面积来延长电池循环寿命。但是，减小电极面积会降低电池能量密度。因此，在设计电池和评估电池材料时，研发人员还需要优化比率参数，才能加快锂空气电池应用研发进程。

未来，研究小组计划将探索可减少电池电化学反应副产物的方法，从而使锂空气电池尽快投入实际应用。