日本研究人员成功地制造了一种性能明显高于现有锂离子电池的设备。

研究人员已经在一种新型电池的能量密度和循环周期性能方面取得新的突破，这种电池有朝一日可能取代锂离子电池设备。

日本国立材料研究所（NIMS）的研究人员与软银集团（SoftBank Corp.）合作，研发一种能量密度超过500Wh/kg的锂空气电池，这种锂空气电池可以在室温环境下充放电。

研究人员说，研发的锂空气电池能量密度明显高出目前使用的锂离子电池，锂空气电池的制造为更广泛、甚至商业化应用奠下基石。

发挥其潜力

尽管科学家早就知道锂空气电池在用作可充电电池方面具有很大潜力，但这种潜力大多都是理论上的。

然而，研究人员在杂志《Materials Horizons》中发表的论文摘要中了解到，传统锂离子电池的能量密度正开始达到其极限，以满足电动汽车和无人驾驶飞行器等先进储能设备的要求，这些设备白天缓慢充电，夜间放电。

NIMS高级研究员Shoichi Matsuda带领研究团队，和许多其他人一起探讨锂离子电池设计的代替品。

研究人员写道：“锂空气电池（LABs）的能量密度是锂离子电池的能量密度2至5倍，是上述应用领域下一代可充电电池的潜在候选产品。”

研究人员指出，事实上，仅有少数高能量密度的锂空气电池被制造并开发出来，主要是因为锂空气电池往往包含大量非活性元件（例如，隔膜和电解质），尽管这些非活性元件不参与化学反应，但会使其的重量下降。

（a）日本NIMS与软银集团共同合作研发锂空气电池的新材料；（b）NIMS-SoftBank先进技术发展中心研发的电池制造技术；（c）能量密度超过500Wh/kg的锂空气电池在室温环境下可稳定充放电循环。

可能的解决方案

Matsuda研发团队在NIMS-SoftBank先进技术发展中心研发材料，以改善锂空气电池的性能，从而实现其高能量密度的潜力。他们还开发了一种技术来制造这些设备，用于各种应用。

典型的锂空气电池是由锂金属箔、隔膜、锂离子导电非水电解质、多孔碳电极以及气体扩散层组成的。

研究人员在论文中解释：“在放电过程中，锂金属的溶解在负极进行。产生的电子通过外部电路到正极，用于还原大气中的氧气，形成不溶性的过氧化锂（Li2O2）作为放电产物。”

在研究中，研究人员发现，以前，设备无法实现其超过300 Wh/kg的高能量密度的潜力，因为电池含有过量的电解质和/或电池在相对较小的面积容量条件下运行。

他们在论文中透露，为了制造电池器件，研究人员在控制电解质和设备的面积容量方面取得了平衡。

研究人员说，研究团队现在正研发高性能电池材料，并计划将高性能电池材料整合到新研发的锂空气电池中，以进一步改善电池循环寿命。他们的目标是实现电池在NIMS-SoftBank先进技术发展中心投入实际使用，以加快电池商业化的可行性。

中国化学与物理电源行业协会 杨柳

2022.4.11

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