有人說(shuō)過(guò)，如果電池技術(shù)的發(fā)展速度能比得上存儲(chǔ)技術(shù)，如今滿大街都是Tesla了。從1.44MB軟盤到1TB的移動(dòng)硬盤，這個(gè)過(guò)程只用了10年不到；而電池的蓄能水平在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)幾乎沒(méi)有實(shí)質(zhì)的進(jìn)步。
一位朋友問(wèn)我，動(dòng)力電池這個(gè)領(lǐng)域有什么好的解決方案嗎？我說(shuō)鋰-空氣電池算是值得期待的一種，但商業(yè)化前景太不明朗了。目前幾乎所有堪稱能double或triple電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的電池技術(shù)，都還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。
我們就來(lái)聊聊這個(gè)鋰-空氣電池，一種據(jù)傳能量密度要比現(xiàn)役電池高出三倍的蓄電技術(shù)，來(lái)看看到底是什么阻礙著該技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。
首先明確一個(gè)概念，即能量密度，單位是Wh/kg。不難理解，即每千克電池所承載的電量。當(dāng)然，本文所涉及的能量密度均指單個(gè)電池單元（Cell），而不是整個(gè)電池組（Pack）的數(shù)據(jù)。因?yàn)檎麄€(gè)電池組除了包含大量的電池單元外，還要計(jì)算上外殼、冷卻系統(tǒng)、支架等一些列質(zhì)量，這樣一來(lái)能量密度會(huì)低于電池單元。
目前，動(dòng)力電池大多采用鋰離子電池，即用鋰化合物來(lái)做正極（通常石墨做負(fù)極），相比鎳氫電池其能量密度更大，但伴隨的問(wèn)題是穩(wěn)定性下降。一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的能量密度為100-250Wh/kg；而汽油的能量密度，則達(dá)到了13,000Wh/kg。
鋰-空氣電池主要有4種類型，分別是質(zhì)子惰性的、液態(tài)、固態(tài)以及混合型的。
鋰-空氣電池概念提出始于上個(gè)世紀(jì)70年代，該技術(shù)之所以如此受關(guān)注，就是因?yàn)樗睦碚撃芰棵芏冗_(dá)到了11,680Wh/kg，幾乎與汽油密度持平。
這是怎么做到的？最主要的原因是，鋰-空氣電池采用了金屬鋰做負(fù)極，而正極則是空氣（氧氣）。也就是說(shuō)，在鋰-空氣電池這個(gè)氧還原反應(yīng)中，氧化劑直接來(lái)自空氣，而無(wú)需預(yù)先存儲(chǔ)在電池中。這樣就減輕了電池的重量，從而提升了能量密度。
理論上是可行的，但實(shí)際應(yīng)用中存在許多挑戰(zhàn)。在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）最新一期的《化學(xué)評(píng)論》中，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究小組發(fā)表了一篇論文，闡述了目前鋰-空氣電池實(shí)用化所面臨的最大問(wèn)題。
現(xiàn)在一個(gè)急需克服的障礙是：鋰-空氣電池中，金屬鋰非常活躍，尤其是遇到水的時(shí)候，所以空氣中的濕氣腐蝕電池中的陽(yáng)極鋰。這就要求必須要找到一種非氧化性的電解質(zhì)，以確保鋰的穩(wěn)定性。
還有尚未解決的問(wèn)題，比如反應(yīng)產(chǎn)物氧化鋰會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷等。
在動(dòng)力電池的眾多解決方案中，鋰-空氣電池是被證實(shí)理論可行，同時(shí)在能量密度上接近汽油的一項(xiàng)電池技術(shù)，因此也被寄予了很大的希望。如下圖，我們能較為直觀地看出鋰-空氣（Li-Air）電池的優(yōu)勢(shì)。
相比鋅-空氣電池、鋰-硫電池等新型解決方案，鋰-空氣電池是最徹底的續(xù)航解決方案。但也要注意到，所有這些主流動(dòng)力電池方案中，只有鋰-空氣電池被標(biāo)注為了“R&D”狀態(tài)。
如果走向了實(shí)用化，鋰-空氣電池目前來(lái)看是唯一一個(gè)可以與氫燃料電池抗衡的鋰離子電池技術(shù)。
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