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美国研究人员开发创新锂空气电池设计能量密度有望达到现有锂离子电池的四倍

盖世汽车 Elisha 2025-06-13 14:16:10

文章标签：电池美国

核心提示：该技术基于四电子反应过程来生成和分解氧化锂（Li2O），使电池能够提供比当前锂离子技术高得多的能量密度。

盖世汽车讯据外媒报道，美国伊利诺伊理工大学（Illinois Institute of Technology）和阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员开发出新型锂空气电池技术。该技术基于四电子反应过程来生成和分解氧化锂（Li2O），使电池能够提供比当前锂离子技术高得多的能量密度。

（图片来源：energy.gov）

这种新型锂空气电池的单位体积储能能力显著超越当前锂离子电池。新电池使用基于含锂纳米颗粒的固态复合电解质。与传统液态电解质电池不同，该电解质嵌入特殊的陶瓷复合聚环氧乙烷聚合物基体材料中。该固态锂空气电池首次在室温下实现四电子化学反应。这具有重要意义，因为大多数锂反应仅涉及单或双电子，更多的电子参与反应意味着储能更高。研究人员证实，该电池至少可以进行1000次充放电循环。经进一步开发后，这种锂空气设计的能量密度有望达到创纪录的1200瓦时/千克，是当前锂离子电池的4倍。

在新一代电池候选技术中，预计锂空气电池的储能密度最高。这项技术将大幅提升电池的储能能力，使用固态电解质替代液态电解质，还能显著降低因起火引发的安全隐患。此外，这项发现为设计可在室温下工作的锂基电池化学体系开辟了新思路，未来的设计有望实现更高的储能潜力。

长期以来，电池研发领域致力于开发能量密度媲美汽油的电池。基于氧化锂（Li2O）生成路径的锂空气电池具备这样的理论潜力。锂空气电池凭借其‌高能量密度‌与‌低成本‌优势展现出良好前景，但迄今相关演示仅实现单电子或双电子反应过程，分别生成超氧化锂（LiO2）或过氧化锂（Li2O2）。

在这项研究中，锂空气电池中四电子反应的成功实现，关键在于结合使用‌固态电解质‌与催化剂‌三磷化钼（Mo3P）。嵌入Li10GeP2S12纳米颗粒的复合电解质表现出高离子电导率、稳定性及高循环稳定性。在美国能源部科学办公室用户设施纳米材料中心（the Center for Nanoscale Materials）进行的低剂量冷冻透射电镜分析证实了，该体系通过主要产物氧化锂（Li2O）的可逆生成与分解促进实现‌四电子反应机制。‌

该研究发现，该电池在室温下至少可充电1000次，这代表着锂空气电池在实际应用方面取得了重大进展。