锂空气电池可能会或可能不会发生,但这并非缺乏尝试。丰田汽车欧洲公司是麻省理工学院一项新研究背后的资助者之一,这项研究揭示了这种难以捉摸的储能技术的奥秘,该技术有望使传统锂离子电池的单位重量功率增加三倍。
锂空气技术可以转化为更轻,更便宜的EV电池和更好的续航里程-如果有人能提出如何使它们在EV中工作的话。
电动汽车和锂空气储能独角兽
锂空气电池实际上可以用气流代替一些锂,这就是为什么它们可以减轻重量。
早在2010年,美国能源部就提出了电动汽车在汽车市场中面临的挑战……
与汽油具有成本竞争力的电动汽车需要的电池的能量存储量是当今最先进的锂离子电池的两倍,而成本仅为成本的30%。
…并将锂空气储能技术标记为一种有前途的解决方案:
锂空气电池优于当今大多数电动汽车中使用的锂离子电池,因为它们从大气中呼吸以用作电池中的活性物质,从而大大减轻了重量。锂空气电池还比传统锂离子电池存储了将近700%的能量。较轻的电池将大大提高电动汽车的续航里程。
那么,我们怎么样?毕竟,距能源部撰写愿望清单已经七年了。
麻省理工学院的作家戴维·钱德勒(David Chandler)总结了这个问题,这是一个三重打击:
但是该理论上的承诺在实践中由于三个问题而受到限制:需要高电压充电,取回能量的效率低下以及由于电池氧气不稳定而导致的低循环寿命电极。
hoo!
自2010年以来,CleanTechnica一直在定期检查锂空气能量存储的进度,研究人员一直在尝试各种方法来解决这三个问题中的任何一个或全部,从转基因病毒到普通铅笔。麻省理工学院的研究人员也一直在研究玻璃基锂空气电池。
我们上一次查看的时间是在2016年,当时Argonne国家实验室的研究人员对基于石墨烯的版本感到有些幸运。研究人员发现石墨烯可以起到稳定剂的作用,但这只是更长途旅行的第一步:
我们预计,这一发现将导致合成和稳定LiO2的方法,这可能会为基于LiO2的高能量密度电池以及该化合物的其他可能用途(例如储氧)开辟道路。
空气能存储的起伏
丰田在2013年越过CleanTechnica储能雷达,当时它与BMW开展了储能合作,并预测固态电池和锂空气电池将在2020年实现。
同年,路透社报道说,IBM一次充电可开发EV续航里程为500英里的锂空气电池。
如果敲响了钟声,您可能会想起IBM的Li-air储能技术“ Battery500”项目,该项目从2009年就开始了。
到2014年,IBM及其在奥巴马政府中的合作伙伴对Li-air失去了热情,Battery500在2016年作为美国能源部针对锂金属技术的计划重新启动。
丰田保持信念
我们刚刚说到哪了?哦,对了,麻省理工学院由丰田汽车资助的新电池研究。俄罗斯的Skoltech电化学储能中心和国家科学基金会也参与其中。
如麻省理工学院所言,最主要的问题是锂空气研究的主体相当于麻省理工学院指出的“矛盾的结果和令人困惑的,以及关于如何解释这些结果的争议”。
麻省理工学院的研究小组决定将碘化锂归零,碘化锂是从混乱的炖煮中出现的最有希望的材料之一:
该化合物被认为是解决某些锂空气电池问题的可能解决方案,其中包括无法维持许多充放电循环,但矛盾的发现引发了人们对该材料在这项任务中的实用性的质疑。
根据麻省理工学院的说法,先前的一些研究表明碘化锂可以改善性能,而其他研究表明,它会引发“不可逆的反应和不良的电池循环”。
因此,首先是个坏消息:研究小组得出结论,毕竟碘化锂极有可能没有希望。
而现在,这是个好消息:通过深入研究反应的纳米级结构,研究小组准确地发现了碘化锂为什么会引起问题:
[它]可以增强水的反应性,并使水更容易失去质子,从而促进这些电池中LiOH的形成并干扰充电过程。
你明白了吗?换句话说,麻省理工学院的研究小组确定了在电极表面产生“有害”反应的机制。
下一步是从那里开始工作,研究减轻或什至消除这些反应的替代材料。
丰田可能对2020年的储能目标有些乐观,但俗话说,如果您瞄准天空,就会落在屋顶上。
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图片:Jose-Luis Olivares / MIT的“这组照片显示了在使用碘化锂作为添加剂的锂氧电池充电过程中发生的化学反应”。