剑桥大学锂-空气电池 - 不容错过！2015年十大前沿电池科技盘点

　　NO.2 剑桥大学锂-空气电池：充电超2000次 能量密度提高10多倍

　　多年来，锂-空气电池一直被业界誉为“终极电池”。锂-空气电池的理论能量密度能达到锂离子电池的十倍，它是迄今为止能量密度最大的储能器件，和汽油相当，甚至可用于电网储电。

　　一块锂-空气电池可使汽车轻松行驶350英里以上，不需消耗汽油，并且相比于传统电池体积更小也更便宜。但是很难使得锂-空气电池的电池容量接近理论值，其氧化薄膜的关键问题也没有得到解决。

　　但在10月29日，英国剑桥大学研究人员报告说，他们克服了困扰锂-空气电池的多个技术难题，把这项技术朝实用化方向推进了一大步。这项成果发表在美国国际顶级学术期刊《科学》杂志上。

　　剑桥大学开发出的锂-空气电池模型蓄电能力约为3000Wh/kg，是现有锂离子电池的约8倍，可循环充放电上千次，首次循环充放电效率高达93％，即充入电池中93％的能量在放电时都能被使用。

　　

　　原来，在最新工作中，论文第一作者刘韬博士等人改用多层次的大孔石墨烯作为正极材料，利用水和碘化锂作为电解液添加剂，最终产生和分解的是氢氧化锂，而不是此前电池中的过氧化锂。氢氧化锂比过氧化锂要稳定，大大降低了电池中的副反应，提高了电池性能。其中碘化锂除了帮助分解氢氧化锂外，似乎还起到了保护锂金属负极的作用，使电池对于过量的水有一定的免疫性。没有它，同量的水会直接使电池失效，完全无法充放电。

　　他们这一工作为加快锂-空气电池的发展提供了许多新思路，比如使用多层次大孔石墨烯电极和电解液添加剂来改变电池反应产物、减少电池副反应、提高蓄电能力等。但他也强调，他们只解决了锂－空气电池的部分难题，接下来将研究该电池的充放电速率以及锂金属负极的保护和安全隐患等问题。

　　但剑桥大学研究人员在一份声明中承认，锂-空气电池的商品化还需要“至少10年”，但他们的研究表明，开发这类电池的一些重大障碍是能够克服的。

　　NO.3 斯坦福大学铝离子电池：超快充电 超长寿命

　　4月份，美国斯坦福大学的一个研究小组在国际顶级学术刊物《自然》在线发表了论文《快速充放电铝离子电池》。

　　长期以来，铝电池研究没有实质突破的主要难题在于电池材料。合适的负极材料和电解液材料是确保电池在经过充电、放电的反复周期后仍能运行的关键。研究团队负责人、斯坦福大学化学系华人教授戴宏杰说，他们把石墨作为负极材料，试验确认了几种表现良好的石墨类材料，并用一种相当于盐溶液的等离子液体作为电解液，从而解决了铝电池研究在材料上的瓶颈问题。

　　研究人员表示，由于等离子电解液不会燃烧，铝和石墨也不易燃烧，因此这种铝电池非常安全。研究报告显示，为测试铝电池安全性，研究人员在电池上钻孔，电池没有爆炸燃烧，并仍能运行一段时间。

　　除了高安全性，采用新技术的铝电池在性能方面也有重要突破。比如，铝电池只需1分钟左右就完成超快充电。在试验中，铝电池经过7500多个充电、放电周期，电容量并没有损失。相比之下，其他研究机构的铝电池在经过约100个周期后通常无法再用，而锂电池也只能经受约1000个周期。此外，由于铝和石墨属于柔性材料，使铝电池可以弯曲、折叠而不影响性能。

　　

　　戴宏杰还表示，他们研发的铝电池可以替代易污染环境的碱性电池和有可燃风险的锂离子电池。未来这种铝电池还可用于在电网中储存可再生能源，也可用于电动汽车。

　　不过，目前的铝电池技术还有待进一步改进。其电压仅为传统锂电池的一半，研究小组希望能通过提升正极材料的性能，最终提高铝电池的电压并增加能量密度。

　　而且，由于作为电解液的等离子液体成本较高，这种新型铝电池距离量产还有一定的距离，商业上可行的铝电池也尚未问世。但毋庸置疑的是，铝离子电池前景广阔，如果能及早投放市场，一定会深受消费者喜爱。