鋰氧電池（又名鋰空氣電池）的放電功率比鋰離子電池高數(shù)倍，但隨著時(shí)間推移，鋰氧電池的電極會(huì)越來(lái)越“鈍化”，導(dǎo)致供電能力下降。俄羅斯科研人員日前通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，引發(fā)這一“怠工”現(xiàn)象的幕后“推手”是超氧化物陰離子。
鋰氧電池是通過(guò)金屬鋰與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)并將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的電池。在放電過(guò)程中，該電池負(fù)極的鋰被氧化，正極的氧氣被還原，從而在外電路中產(chǎn)生電流。目前一些國(guó)家的研究團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃為電動(dòng)車(chē)配備這種電池，如果其有效供電的時(shí)間越長(zhǎng)，電動(dòng)車(chē)在一定行駛里程內(nèi)需充電的次數(shù)就會(huì)越少。
莫斯科國(guó)立大學(xué)聚合物與晶體物理教研室主任霍赫洛夫和同事在新一期美國(guó)《物理化學(xué)雜志Ｃ輯》上報(bào)告說(shuō)，導(dǎo)致鋰氧電池目前難以投入實(shí)用的一個(gè)主要問(wèn)題是隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，該電池正極的工作狀態(tài)會(huì)日益“消極”，導(dǎo)致放電效果下降，因此研究這種“怠工”機(jī)制是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。
霍赫洛夫和同事以使用六氟磷酸鋰和二甲基亞砜為電解液的鋰氧電池為研究對(duì)象，并用莫斯科國(guó)立大學(xué)的超級(jí)計(jì)算機(jī)推算該電池正極附近的電解液的成分、分子結(jié)構(gòu)和鹽類(lèi)化合物離子的分布狀況，以及相關(guān)變量對(duì)電池正極有效工作的影響。
分析結(jié)果顯示，鋰氧電池正極具有多孔碳結(jié)構(gòu)，該電極在與空氣中的二氧化碳和水汽長(zhǎng)時(shí)間接觸后，其多孔結(jié)構(gòu)中的鋰離子會(huì)在電極表面與氧分子還原的中間產(chǎn)物——超氧化物的陰離子相互結(jié)合。所謂超氧化物是含有Ｏ２－超氧離子自由基的一類(lèi)化合物。隨著這種結(jié)合的次數(shù)逐漸增多，鋰氧電池正極的還原反應(yīng)會(huì)越來(lái)越弱。因此抑制或延緩鋰離子與超氧化物陰離子的結(jié)合進(jìn)程，是提高鋰氧電池工作效率的重點(diǎn)。
俄研究人員還表示，他們所用的超級(jí)計(jì)算機(jī)的推算結(jié)果顯示，在鋰氧電池所用的電解液中，相關(guān)離子在溶劑中溶解時(shí)所釋放的能量越小，越有助于抑制鋰離子與超氧化物陰離子的結(jié)合進(jìn)程，這項(xiàng)研究為研制適用于鋰氧電池的新電解液和電極新材料提供了思路。
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